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CN111023150A - 一种燃烧室展向支板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃烧室展向支板，涉及超然冲压发动机技术领域，其技术方案要点是：包括安装于燃烧室内中部的支板本体，支板本体包括靠近气流上游方向的第一斜面和第二斜面，位于支板本体平直段的上平面和下平面，靠近气流下游方向的第三斜面和第四斜面；支板本体靠近气流上游方向的端部由第一斜面与第二斜面构成第一锥角；支板本体靠近气流下游方向的端部由第三斜面与第四斜面构成第二锥角；支板本体内部中心设有注油腔。上平面中部和下平面中部设有与注油腔连通的喷注孔。便于将燃料直接迅速喷注于燃烧室中部，同时能降低支板侵入燃烧室内引起的气流总压损失，延长燃料在燃烧室内的驻留时间，提升燃料与气流的混合效率，增强燃烧室点火能力。

Description

一种燃烧室展向支板
技术领域
本发明涉及超然冲压发动机技术领域，更具体地说，它涉及一种燃烧室展向支板。
背景技术
超燃冲压发动机作为一种推进动力装置，可以经济可靠地实现高超声速飞行目标。超燃冲压发动机一般包括进气道、隔离段、燃烧室、尾喷管等部件。
燃烧室的功能是实现燃料喷注、点火和燃烧。现有的燃料喷注方法根据喷注位置的不同，可以分为两类：壁面喷注和侵入式喷注。壁面喷注一般采用布置在发动机壁面的小孔将燃料注入燃烧室。侵入式喷注则常采用支杆、支板等装置，将燃料直接喷注到燃烧室中部。壁面喷注的燃料穿透深度较低、扩散区域较小，达到充分混合的时间较长，一般用于小尺度燃烧室(燃烧室当量直径不大于Ф30mm)。侵入式喷注的燃料穿透深度较高、扩散区域较大，达到充分混合的时间较短，一般适用于大尺度燃烧室(燃烧室当量直径大于Ф30mm)。但侵入式喷注采用支杆/支板等装置阻力较大，会使得气流产生很强的总压损失，从而降低发动机的推进效率。
由于超燃冲压发动机燃烧室内气流速度为超声速，气流和燃料在燃烧室内驻留时间仅为毫秒量级，为实现气流与燃料的快速充分混合，并尽可能地降低气流总压损失，本发明设计了一种用于喷注燃料的新型展向支板，尤其适用于大尺度燃烧室。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃烧室展向支板，便于将燃料直接迅速喷注于燃烧室中部，同时能够降低展向支板侵入燃烧室内引起的气流总压损失，延长燃料在燃烧室内的驻留时间，提升燃料与气流的混合效率，增强燃烧室点火能力。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种燃烧室展向支板，包括安装于二元结构燃烧室内中部将燃烧室分隔为上下两部分的支板本体，所述支板本体包括靠近气流上游方向的第一斜面、靠近气流上游方向的第二斜面、靠近第一斜面端部与气流方向平行的上平面、靠近第二斜面端部与上平面平行的下平面、靠近气流下游方向的第三斜面和靠近气流下游方向的第四斜面；所述支板本体靠近气流上游方向的端部由第一斜面与第二斜面构成第一锥角；所述支板本体靠近气流下游方向的端部由第三斜面与第四斜面构成第二锥角；所述支板本体内部中心设有注油腔；所述上平面中部和下平面中部设有与注油腔连通的喷注孔。
通过采用上述技术方案，在将燃料喷注到燃烧室内的过程中，通过安装于二元结构燃烧室内中部的支板本体，能够将大尺度的燃烧室分隔成上下两个喷注区，且每个喷注区的空间尺度均为原燃烧室的一半，从而便于支板本体上的喷注孔喷注的燃料能够迅速的进入气流流道中部；通过第一斜面、第二斜面、第三斜面和第四斜面，使得空气气流经过支板本体的表面形成斜激波，斜激波在燃烧室内壁面反射后又回到支板本体表面，从而形成激波串结构，支板本体产生的激波串结构能够降低燃烧室内空气气流速度，提升空气气流温度，延长气流和燃料在燃烧室内的驻留时间，从而创造有利于混合、点火的环境，便于燃烧室内发生快速充分的燃烧反应；通过第一锥角和第二锥角，便于降低侵入式燃料室内的支板本体引起的气流总压损失，延长燃料驻留时间，从而提升燃料混合效率，增强燃烧室点火能力；通过注油腔，便于与供油管路连通进行燃料供给；通过与注油腔连通且位于上平面中部和下平面中部的喷注孔，便于将燃料迅速喷注于燃烧室内与空气气流混合；通过该展向支板，便于将燃料直接迅速喷注于燃烧室中部，同时能够降低支板本体侵入燃烧室内引起的气流总压损失，延长燃料在燃烧室内的驻留时间，提升燃料与气流的混合效率，增强燃烧室点火能力。
本发明进一步设置为：所述二元结构燃烧室由等直段和台阶段构成，所述等直段包括上壁面等直段和下壁面等直段，所述台阶段包括上壁面台阶段和下壁面台阶段，所述等直段的宽度大于台阶段的宽度，所述支板本体安装于等直段的中部。
通过采用上述技术方案，支板本体安装在二元结构燃烧室等直段的中部，支板本体将燃烧室等直段分隔成两个小尺度喷注区，能够将燃料快速喷注到燃烧室的中心部位与燃烧室的来流空气快速混合，从而提高燃料与空气的混合效率。
本发明进一步设置为：所述第一锥角和第二锥角的角度为α，α为10°～30°。
通过采用上述技术方案，第一锥角和第二锥角的角度为α，α为10°～30°，既能保证空气气流经过支板本体时降低侵入燃烧室内的支板主体引起的气流总压损失，还便于空气气流经过支板本体产生斜激波以及激波串结构。
本发明进一步设置为：所述喷注孔与燃烧室内气流方向垂直。
通过采用上述技术方案，喷注孔与燃烧室内气流方向垂直，使得从支板本体上的喷注孔喷注的燃料能够迅速的进入气流流道中部，从而能够提高燃料与空气的混合效率。
本发明进一步设置为：所述上平面与下平面之间的距离为L，L为燃烧室高度的5％～10％。
通过采用上述技术方案，上平面与下平面之间的距离为L，且L为燃烧室高度的5％～10％，便于保证侵入燃烧室内的支板本体能够减少气流总压损失的同时，还能保证燃料直接喷注于燃烧室内气流流道中部。
本发明进一步设置为：所述支板本体为不锈钢材质。
通过采用上述技术方案，利用不锈钢材质制作的支板本体，便于保证支板本体具有刚性和耐腐蚀性，从而保证侵入燃烧室内的支板主体的使用质量及使用寿命。
综上所述，本发明具有以下有益效果：通过安装于二元结构燃烧室内中部的支板本体，能够将大尺度的燃烧室分隔成上下两个喷注区，且每个喷注区的空间尺度均为原燃烧室的一半，从而便于支板本体上的喷注孔喷注的燃料能够迅速的进入气流流道中部；通过第一斜面、第二斜面、第三斜面和第四斜面，使得空气气流经过支板本体的表面形成斜激波，斜激波在燃烧室内壁面反射后又回到支板本体表面，从而形成激波串结构，支板本体产生的激波串结构能够降低燃烧室内空气气流速度，提升空气气流温度，延长气流和燃料在燃烧室内的驻留时间，从而创造有利于混合、点火的环境，便于燃烧室内发生快速充分的燃烧反应；通过第一锥角和第二锥角，便于降低侵入式燃料室内的支板本体引起的气流总压损失，延长燃料驻留时间，从而提升燃料混合效率，增强燃烧室点火能力；通过注油腔，便于与供油管路连通进行燃料供给；通过与注油腔连通且位于上平面中部和下平面中部的喷注孔，便于将燃料迅速喷注于燃烧室内与空气气流混合；通过该展向支板，便于将燃料直接迅速喷注于燃烧室中部，同时能够降低支板本体侵入燃烧室内引起的气流总压损失，延长燃料在燃烧室内的驻留时间，提升燃料与气流的混合效率，增强燃烧室点火能力。
附图说明
图1是本发明实施例中的支板本体安装于燃烧室内的安装结构示意图；
图2是本发明实施例中支板本体的结构示意图。
图中：1、上壁面等直段；2、上壁面台阶段；3、下壁面等直段；4、下壁面台阶段；5、支板本体；51、第一斜面；52、上平面；53、第三斜面；54、第二斜面；55、下平面；56、第四斜面；57、喷注孔；58、注油腔；6、第一锥角；7、第二锥角。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本发明作进一步详细说明。
本具体实施方式中所述的“展向”、“前、后方向”均为垂直于燃烧室的截面的方向。
实施例：一种燃烧室展向支板，如图1和图2所示，包括安装于二元结构燃烧室内中部将燃烧室分隔为上下两部分的支板本体5，支板本体5包括靠近气流上游方向的第一斜面51、靠近气流上游方向的第二斜面54、靠近第一斜面51端部与气流方向平行的上平面52、靠近第二斜面54端部与上平面52平行的下平面55、靠近气流下游方向的第三斜面53和靠近气流下游方向的第四斜面56。支板本体5靠近气流上游方向的端部由第一斜面51与第二斜面54构成第一锥角6。支板本体5靠近气流下游方向的端部由第三斜面53与第四斜面56构成第二锥角7。支板本体5内部中心设有注油腔58。上平面52中部和下平面55中部设有与注油腔58连通的喷注孔57。
在本实施例中，燃烧室为二元结构的大尺度燃烧室，图1中箭头所示方向为燃烧室内气流流动方向。支板本体5通过螺钉安装固定于燃烧室的前、后壁面上，且保证支板本体5处于燃烧室的中部。支板本体5的平直段内部加工的注油腔58为球形结构，同时在该球形结构注油腔58的前、后方向上加工有注油通道，该注油通道与供油管路连通。在将燃料喷注到燃烧室内的过程中，通过安装于二元结构燃烧室内中部的支板本体5，能够将大尺度的燃烧室分隔成上下两个喷注区，且每个喷注区的空间尺度均为原燃烧室的一半，从而便于支板本体5上的喷注孔57喷注的燃料能够迅速的进入气流流道中部。通过第一斜面51、第二斜面54、第三斜面53和第四斜面56，使得空气气流经过支板本体5的表面形成斜激波，斜激波在燃烧室内壁面反射后又回到支板本体5表面，从而形成激波串结构，支板本体5产生的激波串结构能够降低燃烧室内空气气流速度，提升空气气流温度，延长气流和燃料在燃烧室内的驻留时间，从而创造有利于混合、点火的环境，便于燃烧室内发生快速充分的燃烧反应。在安装支板本体5时，支板本体5的上平面52和下平面55(及支板本体5的平行段)平行于气流流动方向安装，使得支板本体5的迎风面为第一锥角6，从而保证气流经过支板本体5时在上游和下游均能够形成斜激波。通过第一锥角6和第二锥角7，便于降低侵入式燃料室内的支板本体5引起的气流总压损失，延长燃料驻留时间，从而提升燃料混合效率，增强燃烧室点火能力。通过注油腔58，便于与供油管路连通进行燃料供给。通过与注油腔58连通且位于上平面52中部和下平面55中部的喷注孔57，便于将燃料迅速喷注于燃烧室内与空气气流混合。通过该展向支板，便于将燃料直接迅速喷注于燃烧室中部，同时能够降低支板本体5侵入燃烧室内引起的气流总压损失，延长燃料在燃烧室内的驻留时间，提升燃料与气流的混合效率，增强燃烧室点火能力。该展向支板通常适用于大尺寸的矩形截面燃烧室，尤其是燃烧室高度超过50mm的情况。
二元结构燃烧室由等直段和台阶段构成，等直段包括上壁面等直段1和下壁面等直段3，台阶段包括上壁面台阶段2和下壁面台阶段4，等直段的宽度大于台阶段的宽度，支板本体5安装于等直段的中部。
在本实施例中，如图1和图2所示，燃烧室的展向为垂直纸面方向。支板本体5安装在二元结构燃烧室等直段的中部，支板本体5将燃烧室等直段分隔成两个小尺度喷注区，能够将燃料快速喷注到燃烧室的中心部位与燃烧室的来流空气快速混合，从而提高燃料与空气的混合效率。
第一锥角6和第二锥角7的角度为α，α为10°～30°。
在本实施例中，第一锥角6和第二锥角7的角度为α，α为10°～30°，既能保证空气气流经过支板本体5时降低侵入燃烧室内的支板主体引起的气流总压损失，还便于空气气流经过支板本体5产生斜激波以及激波串结构。
喷注孔57与燃烧室内气流方向垂直。
在本实施例中，喷注孔57与燃烧室内气流方向垂直，使得从支板本体5上的喷注孔57喷注的燃料能够迅速的进入气流流道中部，从而能够提高燃料与空气的混合效率。
上平面52与下平面55之间的距离为L，L为燃烧室高度的5％～10％。
在本实施例中，上平面52与下平面55之间的距离为L，且L为燃烧室高度的5％～10％，便于保证侵入燃烧室内的支板本体5能够减少气流总压损失的同时，还能保证燃料直接喷注于燃烧室内气流流道中部。
支板本体5为不锈钢材质。
在本实施例中，利用不锈钢材质制作的支板本体5，便于保证支板本体5具有刚性和耐腐蚀性，从而保证侵入燃烧室内的支板主体的使用质量及使用寿命。
工作原理：利用安装于二元结构燃烧室内中部的支板本体5，能够将大尺度的燃烧室分隔成上下两个喷注区，且每个喷注区的空间尺度均为原燃烧室的一半，从而便于支板本体5上的喷注孔57喷注的燃料能够迅速的进入气流流道中部。通过第一斜面51、第二斜面54、第三斜面53和第四斜面56，使得空气气流经过支板本体5的表面形成斜激波，斜激波在燃烧室内壁面反射后又回到支板本体5表面，从而形成激波串结构，支板本体5产生的激波串结构能够降低燃烧室内空气气流速度，提升空气气流温度，延长气流和燃料在燃烧室内的驻留时间，从而创造有利于混合、点火的环境，便于燃烧室内发生快速充分的燃烧反应。通过第一锥角6和第二锥角7，便于降低侵入式燃料室内的支板本体5引起的气流总压损失，延长燃料驻留时间，从而提升燃料混合效率，增强燃烧室点火能力。通过注油腔58，便于与供油管路连通进行燃料供给。通过与注油腔58连通且位于上平面52中部和下平面55中部的喷注孔57，便于将燃料迅速喷注于燃烧室内与空气气流混合。通过该展向支板，便于将燃料直接迅速喷注于燃烧室中部，同时能够降低支板本体5侵入燃烧室内引起的气流总压损失，延长燃料在燃烧室内的驻留时间，提升燃料与气流的混合效率，增强燃烧室点火能力。该展向支板相比其他注油方式(支杆或支板)能使燃烧室内总压损失减小10％～20％，混合效率能够提高30％～50％。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种燃烧室展向支板，其特征是：包括安装于二元结构燃烧室内中部将燃烧室分隔为上下两部分的支板本体(5)，所述支板本体(5)包括靠近气流上游方向的第一斜面(51)、靠近气流上游方向的第二斜面(54)、靠近第一斜面(51)端部与气流方向平行的上平面(52)、靠近第二斜面(54)端部与上平面(52)平行的下平面(55)、靠近气流下游方向的第三斜面(53)和靠近气流下游方向的第四斜面(56)；所述支板本体(5)靠近气流上游方向的端部由第一斜面(51)与第二斜面(54)构成第一锥角(6)；所述支板本体(5)靠近气流下游方向的端部由第三斜面(53)与第四斜面(56)构成第二锥角(7)；所述支板本体(5)内部中心设有注油腔(58)；所述上平面(52)中部和下平面(55)中部设有与注油腔(58)连通的喷注孔(57)。
2.根据权利要求1所述的一种燃烧室展向支板，其特征是：所述二元结构燃烧室由等直段和台阶段构成，所述等直段包括上壁面等直段(1)和下壁面等直段(3)，所述台阶段包括上壁面台阶段(2)和下壁面台阶段(4)，所述等直段的宽度大于台阶段的宽度，所述支板本体(5)安装于等直段的中部。
3.根据权利要求1所述的一种燃烧室展向支板，其特征是：所述第一锥角(6)和第二锥角(7)的角度为α，α为10°～30°。
4.根据权利要求1所述的一种燃烧室展向支板，其特征是：所述喷注孔(57)与燃烧室内气流方向垂直。
5.根据权利要求1所述的一种燃烧室展向支板，其特征是：所述上平面(52)与下平面(55)之间的距离为L，L为燃烧室高度的5％～10％。
6.根据权利要求1所述的一种燃烧室展向支板，其特征是：所述支板本体(5)为不锈钢材质。
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