适用于宽速域组合动力的多通道富燃燃气支板稳焰器

技术领域

本发明属于宽域组合发动机技术领域，具体涉及一种适用于宽速域组合动力的多通道富燃燃气支板稳焰器。

背景技术

传统的发动机只能工作在有限的速域内，例如：涡喷涡扇发动机工作速域在马赫0-2左右，冲压发动机工作速域在马赫2-10左右，都无法实现宽速域飞行。

目前，现有技术为了使得发动机能够在全速域内工作，将多种传统发动机在每个速度区间内的优势进行结合形成组合动力。例如：将火箭和冲压发动机组合为火箭基组合动力RBCC，将火箭、涡轮和冲压三种动力组合为三组合发动机。在以化学燃料为能源的发动机中，燃烧效率的高低直接决定了发动机性能的高低。在宽速域组合发动机燃烧室中，高速段燃烧性能优异的支板稳焰器在低速段低总温环境下由于化学反应时间变长而使燃烧效率降低。组合动力通过设置在发动机内部的火箭发动机喷出高温富燃燃气，高温富燃燃气与来流空气反应释热，提高发动机工作时的总温，能够有效缩短化学燃料与空气的燃烧反应时间，有效提高发动机的燃烧性能。

但是火箭发动机喷出的高温富燃燃气位于来流空气的内侧，来流空气与高温富燃燃气呈现分层流动，高温富燃燃气与空气接触面积较小，只能通过不断扩散逐步进行掺混后反应释热，导致空气与富燃燃气需要较长的燃烧反应距离才能达到升温效果，但是会使得发动机的燃烧室长度增加，进而导致发动机重量与体积增加。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种适用于宽速域组合动力的多通道富燃燃气支板稳焰器，能够实现高温富燃燃气与空气发生燃烧反应对发动机进行升温，同时避免较长的燃烧反应距离导致发动机的燃烧室长度、重量以及体积增加，以便解决现有技术中的不足。

本发明的技术方案是：一种适用于宽速域组合动力的多通道富燃燃气支板稳焰器，包括连接于燃烧室流道中的支板，空气从支板的两侧流过，设置于支板上的掺混组件，掺混组件包括富燃燃气通道，开设在支板的两侧，支板的内部中空且与富燃燃气通道连通，支板的内部与火箭发动机的输出口连通，富燃燃气从富燃燃气通道喷出与支板两侧流经的空气掺混，两个挡块分别设置支板的两侧，挡块与支板抵接，驱动机构设置在支板上，驱动机构的输出端与挡块连接，用于带动挡块向靠近或远离富燃燃气通道的一侧移动，利用挡块对富燃燃气通道进行封闭、开启。

优选的，驱动机构包括：平动滑块，平动滑块水平设置在支板靠近流道内壁的一侧，平动滑块沿支板的长度方向与其滑动连接，两个挡块分别与平动滑块连接，支板上连接有直线位移机构，直线位移机构的输出端与平动滑块连接。

优选的，直线位移机构包括：螺杆，螺杆穿设在平动滑块上且与其螺纹配合连接，螺杆与平动滑块相互平行，支板上连接有旋转动力部，旋转动力部的输出端与螺杆连接，用于带动螺杆旋转。

优选的，支板靠近富燃燃气通道的两侧内壁中开设有滑动槽，滑动槽与富燃燃气通道连通，挡块嵌入滑动槽且与其滑动连接，滑动槽靠近平动滑块的一侧贯穿支板，挡块上连接有挡块连接段，挡块连接段伸出滑动槽与平动滑块连接。

优选的，滑动槽位于富燃燃气通道的上下两侧分别水平连接有轨道，挡块沿轨道移动。

优选的，支板靠近流道内壁的一侧水平连接有安装板，驱动机构连接于安装板上。

优选的，支板的两侧沿流道的径向方向等间距开设有多个燃油喷孔，燃油喷孔位于富燃燃气通道远离燃烧室的一侧，燃油喷孔通过管道与燃油油箱连通。

优选的，支板的内部设置有燃油通道，多个燃油喷孔分别与燃油通道连通，燃油通道通过管道与燃油油箱连通。

优选的，支板位于燃油喷孔与燃油通道之间连接有涡流发生器。

优选的，支板远离燃烧室一侧的厚度由靠近涡流发生器的一端向另一端逐渐减小。

与现有技术相比，本发明提供的一种适用于宽速域组合动力的多通道富燃燃气支板稳焰器，通过流道中的支板与掺混组件的富燃燃气通道、挡块以及驱动机构配合使用，当发动机燃烧室处于低温环境时，利用驱动机构打开富燃燃气通道，使得火箭发动机输出的高温富燃燃气从支板两侧的富燃燃气通道喷出，实现高温富燃燃气直接与支板两侧流经的空气高效掺混，增强高温富燃燃气与空气接触发生燃烧反应对发动机的升温效果，保证发动机的燃烧性能，同时避免较长的燃烧反应距离导致发动机的燃烧室长度、重量以及体积增加，当发动机燃烧室高温低温环境时，利用驱动机构关闭富燃燃气通道，避免富燃燃气通道对来流空气造成阻碍，本发明的支板稳焰器掺混效果好，使用方便，实用性强，值得推广。

附图说明

图1是本发明的富燃燃气通道打开示意图；

图2是本发明的富燃燃气通道关闭示意图；

图3是本发明的直线位移机构示意图；

图4是本发明支板上的滑动槽示意图；

图5是本发明支板稳焰器的横向剖视图；

图6是本发明支板稳焰器的纵向剖视图；

图7是本发明的挡块示意图；

图8是本发明支板稳焰器沿轨道纵向剖视图；

图9是本发明的平动滑块3示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种适用于宽速域组合动力的多通道富燃燃气支板稳焰器，下面结合图1到图9的结构示意图，对本发明进行说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

目前，现有技术为了使得发动机能够在全速域内工作，将多种传统发动机在每个速度区间内的优势进行结合形成组合动力。例如：将火箭和冲压发动机组合为火箭基组合动力RBCC，将火箭、涡轮和冲压三种动力组合为三组合发动机。在以化学燃料为能源的发动机中，燃烧效率的高低直接决定了发动机性能的高低。在宽速域组合发动机燃烧室中，高速段燃烧性能优异的支板稳焰器在低速段低总温环境下由于化学反应时间变长而使燃烧效率降低。组合动力通过设置在发动机内部的火箭发动机喷出高温富燃燃气，高温富燃燃气与来流空气反应释热，提高发动机工作时的总温，能够有效缩短化学燃料与空气的燃烧反应时间，有效提高发动机的燃烧性能。

但是火箭发动机喷出的高温富燃燃气位于来流空气的内侧，来流空气与高温富燃燃气呈现分层流动，高温富燃燃气与空气接触面积较小，只能通过不断扩散逐步进行掺混后反应释热，导致空气与富燃燃气需要较长的燃烧反应距离才能达到升温效果，但是会使得发动机的燃烧室长度增加，进而导致发动机重量与体积增加。

基于上述问题，本发明实施例提供的一种适用于宽速域组合动力的多通道富燃燃气支板稳焰器，通过流道中的支板与掺混组件的富燃燃气通道、挡块以及驱动机构配合使用，当发动机燃烧室处于低温环境时，利用驱动机构打开富燃燃气通道，使得火箭发动机输出的高温富燃燃气从支板两侧的富燃燃气通道喷出，实现高温富燃燃气直接与支板两侧流经的空气高效掺混，增强高温富燃燃气与空气接触发生燃烧反应对发动机的升温效果，保证发动机的燃烧性能，同时避免较长的燃烧反应距离导致发动机的燃烧室长度、重量以及体积增加，当发动机燃烧室高温低温环境时，利用驱动机构关闭富燃燃气通道，避免富燃燃气通道对来流空气造成阻力，提高发动机的比冲性能。

一种适用于宽速域组合动力的多通道富燃燃气支板稳焰器，包括连接于燃烧室流道中的支板1，空气从支板1的两侧流过，设置于支板1上的掺混组件，掺混组件包括富燃燃气通道11，开设在支板1的两侧，支板1的内部中空且与富燃燃气通道11连通，支板1的内部与火箭发动机的输出口连通，富燃燃气从富燃燃气通道11喷出与支板1两侧流经的空气掺混，两个挡块2分别设置支板1的两侧，挡块2与支板1抵接，驱动机构设置在支板1上，驱动机构的输出端与挡块2连接，用于带动挡块2向靠近或远离富燃燃气通道11的一侧移动，利用挡块2对富燃燃气通道11进行封闭、开启。

如图所示，图1为本实施例的富燃燃气通道打开示意图，本实施例中利用支板1两侧开设的富燃燃气通道11，当发动机燃烧室处于低温环境时，利用驱动机构打开富燃燃气通道，能够实现将火箭发动机输出的高温富燃燃气引导至来流空气中，使得高温富燃燃气直接与支板两侧流经的空气高效掺混，提高高温富燃燃气与空气反应对发动机燃烧室进行升温的效果，保证发动机的燃烧性能，避免较长的燃烧反应距离导致发动机的燃烧室长度、重量以及体积增加。

本发明的支板稳焰器在工作时由于高温富燃燃气与空气掺混后反应并向燃烧室流动，需要避免支板两侧喷出高温富燃燃气不均匀的情况。

为此，本实施例提出一种解决办法，优选的，驱动机构包括：平动滑块3，平动滑块3水平设置在支板1靠近流道内壁的一侧，平动滑块3沿支板1的长度方向与其滑动连接，两个挡块2分别与平动滑块3连接，支板1上连接有直线位移机构，直线位移机构的输出端与平动滑块3连接。

作为更进一步的优化方案，本公开实施例中通过在支板1靠近流道内壁的一侧设置平动滑块3，不仅能够同步带动两个挡块2进行移动，使得支板1两侧的富燃燃气通道同步开启、关闭，而且平动滑块3位于流到的最外侧避免对来流产生阻力。

如图所示，图3为直线位移机构示意图，优选的，直线位移机构包括：螺杆31，螺杆31穿设在平动滑块3上且与其螺纹配合连接，螺杆31与平动滑块3相互平行，支板1上连接有旋转动力部32，旋转动力部32的输出端与螺杆31连接，用于带动螺杆31旋转。

本实施例中公开的直线位移机构利用螺杆31、旋转动力部32不仅能够带动挡块移动实现富燃富燃燃气通道的开启与关闭，在低速段低总温条件下自动打开富燃富燃燃气通道，提高掺混燃烧效率，在高速段高总温环境下自动关闭富燃富燃燃气通道，提高发动机的比冲性能，而且能够实现开启与关闭的稳定性，使得发动机工作稳定。

本实施例中平动滑块3上开设有螺纹孔33，螺杆31穿过螺纹孔33与其螺纹配合连接。

本发明的支板稳焰器在使用过程中，由于在发动机低温、高温阶段需要挡块2来回移动，需要减小挡块2移动的阻力以及对来流空气产生的阻力。

基于此此，本实施例对支板进行改进，如图5所示为本实施例支板的横向剖视图，图6所示为本实施例支板稳焰器的纵向剖视图，优选的，支板1靠近富燃燃气通道11的两侧内壁中开设有滑动槽12，滑动槽12与富燃燃气通道11连通，挡块2嵌入滑动槽12且与其滑动连接，滑动槽12靠近平动滑块3的一侧贯穿支板1，如图所示，图7为本实施例的挡块示意图，挡块2上连接有挡块连接段21，挡块连接段21伸出滑动槽12与平动滑块3连接。

本实施例中利用支板1内壁中开设的滑动槽12，实现挡块2在滑动槽12中来回移动，从而有效降低挡块2移动的阻力以及对来流空气产生的阻力，提高发动机的比冲性能。

作为更进一步的优化方案，如图所示，图8为本实施例的支板稳焰器沿轨道纵向剖视图，优选的，滑动槽12位于富燃燃气通道11的上下两侧分别水平连接有轨道13，挡块2沿轨道13移动。

本公开实施例中利用轨道13提高挡块2在滑动槽12移动的稳定性，进一步提高组合动力发动机的稳定性。

本发明的支板稳焰器需要与流道的内壁连接，而驱动机构设置在支板1靠近流道内壁的一侧，需要提高支板稳焰器与流道内壁连接的稳定性。

优选的，支板1靠近流道内壁的一侧水平连接有安装板4，驱动机构连接于安装板4上。

本实施例中利用安装板4不仅方便支板稳焰器与流道内壁稳定连接，而且方便驱动机构的安装。

如图所示，图4为本实施例支板上的滑动槽示意图，图9为本实施例的平动滑块3示意图，本实施例中滑动槽12继续向上贯穿安装板4，挡块连接段21远离挡块2的一端为螺柱22，平动滑块3位于滑动槽12的正上方设有通孔34，挡块连接段21一次穿过安装板4、平动滑块3，螺柱22伸出通孔34与螺母35进行可拆卸固定连接，通孔33选择方形孔。

作为更进一步的优化方案，优选的，支板1的两侧沿流道的径向方向等间距开设有多个燃油喷孔14，燃油喷孔14位于富燃燃气通道11远离燃烧室的一侧，燃油喷孔14通过管道与燃油油箱连通。

本实施例在支板1位于富燃燃气通道11的前方设置燃油喷孔14，利用燃油喷孔14喷出燃料先与空气掺混后，再使得燃料与空气的混合物与富燃燃气进行掺混，富燃燃气与空气反应释放热量不仅提高发动机的温度，而且对燃料与空气的混合物进行加热，提高发动机的燃烧性能。

作为更进一步的优化方案，优选的，支板1的内部设置有燃油通道15，多个燃油喷孔14分别与燃油通道15连通，燃油通道15通过管道与燃油油箱连通。

本实施例中利用燃油通道15使得燃油同步从燃油通道15喷出，提高与空气掺混的效果，进一步提高发动机的燃烧性能。

作为更进一步的优化方案，优选的，支板1位于燃油喷孔14与燃油通道15之间连接有涡流发生器16。

本实施例中通过涡流发生器，可以诱导来流空气生成横向与纵向涡，增强空气、燃油与富燃燃气的掺混效率。

作为更进一步的优化方案，优选的，支板1远离燃烧室一侧的厚度由靠近涡流发生器16的一端向另一端逐渐减小。

本实施例中将支板1的前端设置呈锥形，能够进一步降低对来流空气的阻力。

本发明支板稳焰器的工作原理：当发动机工作在低速段时，燃烧室处于低温环境，此时需要打开富燃燃气通道11，通过旋转动力部32驱动螺杆31逆时针转动，与平动滑块3上的螺纹孔33上的螺纹相互作用带动平动滑块3向后滑动，使挡块2沿着轨道13向后移动，挡块2移动到最右端位置时，即实现了富燃富燃燃气通道22的开启，如图1所示为富燃燃气通道打开示意图。

当发动机工作在高速段时，燃烧室处于高总温环境，此时为了提高发动机比冲性能需要关闭富燃富燃燃气通道11，通过旋转动力部32驱动螺杆31顺时针转动，与平动滑块3上的螺纹孔33上的螺纹相互作用带动平动滑块3向前移动，使挡块2沿着轨道13向前移动，挡块2移动到最左端位置时，实现了富燃富燃燃气通道11的关闭，如图2所示为富燃燃气通道关闭示意图，同时煤油从燃油通道15进入，从支板两侧多个燃油喷孔14垂直喷出与来流空气掺混。

以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。