掌桥专利:专业的专利平台
掌桥专利
首页

一种抗反压燃烧室及冲压发动机

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28


一种抗反压燃烧室及冲压发动机

技术领域

本发明属于发动机技术领域,具体是涉及到一种抗反压燃烧室及冲压发动机。

背景技术

目前在高超声速推进领域最有竞争力的核心动力装备为超燃冲压发动机,但相比于高马赫数(Ma 5以上)条件,实际的超燃冲压发动机在较低来流马赫数(Ma 2)条件下的气流冲压作用大大降低,发动机隔离段所能承受的最大压力显著降低,导致燃烧室很难在高当量比条件下工作,严重影响了超燃冲压发动机在低马赫数条件下的推力性能以及加速性能。

现有的解决方案包括组合动力技术,例如在低速段采用火箭或涡轮发动机等动力装备;以及通过提高抗反压能力,拓宽超燃冲压发动机工作范围等方案。

现有抗反压技术的研究局限于进气道以及隔离段的设计优化,仅对来流进气结构有所改进,而反压主要来源于发动机燃烧室内压力的前传,目前还未有针对燃烧室结构设计或结构改进的方案。

其次,当下针对进气道型面的优化设计需要大量重复、机械的参数化研究,且部分低马赫数条件下抗反压能力较好的进气道型面还未在高马赫数条件下实验,在全速域条件下对燃烧室工作性能的影响及工作可靠性未知;涉及流道控制及转换时,机械结构复杂性增加,发动机工作可靠性降低。

进气道的边界层抽吸有利于提高抗反压能力,但抗反压能力的提高十分有限(10%左右),远未达到发动机的实际推力需要的抗反压程度(100%以上);且抽吸孔越大抽吸效果越好,但大量来流被抽吸,使得流动阻力加大,且抽吸的气体未被有效利用,影响发动机的设计性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单可靠且抗反压效果好的抗反压燃烧室及冲压发动机。

本发明提供一种抗反压燃烧室,包括主燃烧腔和副燃烧腔,所述主燃烧腔侧壁上设置有开口,所述开口靠近主燃烧腔的入口Ⅰ一侧铰接设置有用于封堵或打开所述开口的控制板,还包括驱动所述控制板转动的驱动装置,所述副燃烧腔的入口Ⅱ与所述开口连通。

更进一步地,所述开口靠近所述主燃烧腔的出口Ⅰ一侧朝向所述副燃烧腔设置有隔板,所述隔板与所述副燃烧腔室壁形成抽吸通道,所述副燃烧腔、抽吸通道、开口和主燃烧腔依次连通。

更进一步地,所述主燃烧腔具有平面侧壁,所述开口为沿主燃烧腔横向开设的矩形开口。

更进一步地,所述矩形开口的长度等于所述平面侧壁的横向宽度。

更进一步地,在所述控制板封堵所述开口时,所述控制板与所述主燃烧腔侧壁平齐。

更进一步地,所述副燃烧腔与所述主燃烧腔平行设置。

更进一步地,所述副燃烧腔与所述主燃烧腔共用同一侧壁。

本发明还提供一种冲压发动机,包括所述的抗反压燃烧室。

本发明的有益效果是,本发明通过在主燃烧腔侧壁上设置开口,且在开口靠近主燃烧腔的入口Ⅰ一侧铰接设置用于封堵或打开所述开口的控制板,可实现两种工作状态。

第一种状态为控制板以一定角度打开开口,此种状态适应于低马赫数条件下开口用于边界层抽吸,有效减小边界层厚度,一方面可减弱反压通过边界层的前传作用,有效降低反压,提高主燃烧腔及冲压发动机整体的抗反压能力,提高低速段推力性能;另一方面抗反压能力增强,减弱了激波边界层干扰造成的边界层分离,避免进气道不起动问题。

在第一种状态下,控制板沿可燃混合气正向传播方向呈从低至高的倾斜钝角,正向传播阻力较小,不会影响可燃混合气的流动,而沿可燃混合气正向传播方向呈从高至低的倾斜锐角,反向传播的阻力很大,可以很好地阻碍主燃烧腔内下游反压前传,进一步提高主燃烧腔及冲压发动机整体的抗反压能力。

且通过设置连通开口的副燃烧腔,可以使从开口上游侧的可燃混合气抽吸入副燃烧腔,以及前传的反压的可燃混合气受到控制板阻碍进入副燃烧腔,两个方向进入副燃烧腔的可燃混合气可在副燃烧腔内组织燃烧释热。使得开口以及控制板的设置在保证正常的抽吸作用外,还可以用于引导抽吸可燃混合气和前传反压的抽吸可燃混合气燃烧,并产生一定的推力,减少气流损失,进一步扩大燃烧室的整体容积,提高发动机整体性能。

第二种状态为控制板封堵开口,即控制板作为主燃烧腔的侧壁使用,此种状态适应于高马赫数条件,保证冲压发动机主燃烧腔的整体型面设计及巡航状态的工作性能。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图;

附图2为本发明的局部示意图(图内箭头为可燃混合气的流通方向);

附图3为本发明的局部放大示意图(图内箭头为可燃混合气的流通方向)。

在图中,1-主燃烧腔;11-入口Ⅰ;12-出口Ⅰ;13-侧壁;14-开口;15-隔板;2-副燃烧腔;21-入口Ⅱ;22-出口Ⅱ;3-抽吸通道;4-控制板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。

另外,在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“固定”等应做广义理解,例如,“固定”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接,还可以是物理连接或无线通信连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外,本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。

如附图1-3所示,本发明提供一种抗反压燃烧室,包括主燃烧腔1和副燃烧腔2,所述主燃烧腔1的侧壁13上设置有开口14,所述开口14靠近主燃烧腔1的入口Ⅰ11一侧铰接设置有用于封堵或打开所述开口14的控制板4,还包括驱动所述控制板4转动的驱动装置,所述副燃烧腔2的入口Ⅱ21与所述开口14连通。

本发明通过在主燃烧腔1的侧壁13上设置开口14,且在开口14靠近主燃烧腔1的入口Ⅰ11一侧铰接设置用于封堵或打开所述开口14的控制板4,可实现两种工作状态。

第一种状态为控制板4以一定角度打开开口14,此种状态适应于低马赫数条件下开口14用于边界层抽吸,有效减小边界层厚度,一方面可减弱反压通过边界层的前传作用,有效降低反压,提高主燃烧腔1及冲压发动机整体的抗反压能力,提高低速段推力性能;另一方面抗反压能力增强,减弱了激波边界层干扰造成的边界层分离,避免进气道不起动问题。

在第一种状态下,控制板4沿可燃混合气正向传播方向呈从低至高的倾斜钝角,正向传播阻力较小,不会影响可燃混合气的流动,而沿可燃混合气正向传播方向呈从高至低的倾斜锐角,反向传播的阻力很大,可以很好地阻碍主燃烧腔1内下游反压前传,进一步提高主燃烧腔1及冲压发动机整体的抗反压能力。

且通过设置连通开口14的副燃烧腔2,可以使从开口14上游侧的可燃混合气抽吸入副燃烧腔2,以及前传的反压的可燃混合气受到控制板4阻碍进入副燃烧腔2,两个方向进入副燃烧腔2的可燃混合气可在副燃烧腔2内组织燃烧释热。使得开口14以及控制板4的设置在保证正常的抽吸作用外,还可以用于引导抽吸可燃混合气和前传反压的抽吸可燃混合气燃烧,并产生一定的推力,减少气流损失,进一步扩大燃烧室的整体容积,提高发动机整体性能。

第二种状态为控制板4封堵开口14,即控制板4作为主燃烧腔1的侧壁13使用,此种状态适应于高马赫数条件,保证冲压发动机主燃烧腔1的整体型面设计及巡航状态工作性能。

在其中一个实施例中,所述开口14靠近所述主燃烧腔1的出口Ⅰ12一侧朝向所述副燃烧腔2设置有隔板15,所述隔板15与所述副燃烧腔2室壁形成抽吸通道3,所述副燃烧腔2、抽吸通道3、开口14和主燃烧腔1依次连通,本实施例中,通过设置隔板15,形成抽吸通道3,并通过抽吸通道3连通主燃烧腔1和副燃烧腔2。本实施例中,所述副燃烧腔2的入口Ⅱ21通过抽吸通道3与开口14连通。在没有设置隔板15的实施例中,所述开口14即为所述副燃烧腔2的入口Ⅱ21。

在其中一个实施例中,所述主燃烧腔1可以为圆柱形腔体,而在一个优选实施例中,所述主燃烧腔1具有平面侧壁13,即主燃烧腔1可以为只具有一个平面侧壁和一个弧形侧壁结合的异性型腔,也可以为具有多个平面侧壁的多边形型腔,优选地,主燃烧腔1可以为矩形燃烧腔,矩形燃烧腔的四个侧壁13,如图2所示,而所述开口14优选设置在四个侧壁中位于底部的侧壁13上,所述开口14为沿主燃烧腔1横向开设的矩形开口,提高横向整体的边界层抽吸效果和阻碍着横向反压前传效果。

在其中一个实施例中,所述矩形开口的长度等于所述平面侧壁13的横向宽度,即矩形开口沿整个宽度方向布置,进一步提高横向整体的边界层抽吸效果和阻碍着横向反压前传效果。

在其中一个实施例中,在所述控制板4封堵所述开口14时,所述控制板4与所述主燃烧腔1的侧壁13平齐,保证在高马赫数条件,主燃烧腔1内壁平滑,不会出现凹槽或者凸起影响可燃混合气的流动。

在其中一个实施例中,所述副燃烧腔2与所述主燃烧腔1平行设置,更优选的,主燃烧腔1和副燃烧腔2的出口在同一平面,便于两者与尾喷管的连接。其中,主燃烧腔1一端为入口Ⅰ11,另一端为出口Ⅰ12,在使用时,副燃烧腔2靠近开口14一侧为入口Ⅱ21,另一端为出口Ⅱ22,出口Ⅰ12和出口Ⅱ22优选共面设置,便于与尾喷管连接。

在其中一个实施例中,所述副燃烧腔2与所述主燃烧腔1共用同一侧壁13,保证燃烧室整体的结构紧凑,降低材料。

本发明还提供一种冲压发动机,包括上述抗反压燃烧室。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术分类

06120115638706