本发明专利技术一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，主要由预燃燃烧室、直射式煤油喷嘴、煤油冷却腔和旋转爆震燃烧腔组成。为了解决基于煤油旋转爆震燃烧室中，极短时间内煤油雾化蒸发困难，旋转爆震波的起爆和传播稳定性差的问题，通过在预燃燃烧室中部分煤油和氧气提前进行燃烧，随后高温的已燃产物和氧气供给到旋转爆震燃烧腔，通过提高燃烧腔内未燃烧的煤油和氧气温度，加快了煤油的雾化蒸发速度，促进了煤油与氧气的快速掺混，混合更加均匀的煤油和氧气更有利于旋转爆震波的快速起爆和稳定传播。相较于传统结构的旋转爆震燃烧室，本发明专利技术通过增加预燃燃烧室的方式，改善基于煤油旋转爆震波的起爆和稳定传播特性，对旋转爆震燃烧室的工程应用非常重要。工程应用非常重要。工程应用非常重要。
【技术实现步骤摘要】
一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室
[0001]本专利技术属于旋转爆震燃烧室
，具体涉及一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室。
技术介绍
[0002]随着科学技术的高速发展，探索宇宙的活动越来越频繁，全世界每年发射的火箭数量也越来越多。现有的火箭发动机均采用基于等压燃烧的缓燃燃烧方式，技术水平较为成熟，进一步提高燃烧室的燃烧效率和发动机的热循环效率非常困难。自然界中存在一种比缓燃燃烧更加剧烈的燃烧方式——爆震燃烧，与缓燃燃烧相比，爆震燃烧由于在其化学反应区之前存在一道正激波，未反应气体受到激波的压缩作用，其反应压力更高，燃烧速率更快，对应的热循环效率更高。将爆震燃烧应用到现有的火箭发动机中，由于爆震燃烧的燃烧速率明显高于缓燃燃烧，相同供给流量条件下，基于爆震燃烧的燃烧室体积更小；同时，由于爆震燃烧的自增压作用，能够提高动力装置的热循环效率。
[0003]另一方面，航天飞行器受体积、重量和安全性的要求，通常需携带能量密度更高，储存更加安全的液态燃料。但对于爆震燃烧，液态燃料需要的反应能量更高，对液态燃料反应前的雾化效果，与氧化剂的掺混效果要求更高。因此，与气态燃料相比，基于煤油旋转爆震波的起爆难度更大，稳定传播特性更差。为了解决基于煤油旋转爆震波起爆难度大，稳定性差的问题，本专利技术提出了一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，先利用预燃发生器中的氧气与少量煤油进行贫燃燃烧，随后喷射到旋转爆震燃烧腔中与氧气和煤油进行混合，由于预燃发生器排出的混合气体温度较高，有利于煤油的快速雾化蒸发，大大减小基于煤油旋转爆震波起爆和稳定自持传播较为困难的问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提出一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，通过带预燃燃烧室的方式，拟解决基于煤油旋转爆震波起爆特性差，稳定传播特性差的问题，本专利技术可以应用于火箭发动机等领域。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，包括预燃燃烧室、直射式煤油喷嘴、煤油冷却腔和空桶型燃烧室；
[0007]所述的预燃燃烧室位于旋转爆震燃烧室最左端；左侧预燃燃烧室盖板的中心为氧气供给孔，外侧为沿周向均匀分布的若干煤油喷注孔；圆环形外壁靠近右侧，预留了多排，每排若干沿周向均布的氧气供给孔；右端为预燃燃烧室的出口，中心为锥形结构，锥形结构外侧为沿氧气供给环缝；
[0008]所述的空桶型燃烧腔位于预燃燃烧室出口一侧，是由燃烧室外环和燃烧室端盖组成的圆形空腔结构；空桶型燃烧腔和预燃燃烧室的轴向位置相同，相互之间通过燃烧室端盖分隔；燃烧室外环靠近空桶型燃烧腔头部一侧预留了两个圆形通孔，分别为预爆管安装
孔和高频压力传感器安装孔；
[0009]所述的煤油冷却腔位于燃烧室外环内部，为环形空腔结构，在靠近燃烧室外环右侧，预留了两个圆形通孔，为煤油的供给孔；
[0010]所述的直射式煤油喷嘴位于燃烧室外环，且靠近燃烧腔的左侧，为圆形通孔结构，数量为180个；直射式煤油喷嘴沿轴向分布了三排，沿周向均匀分布了60列；空桶型燃烧腔和煤油冷却腔之间通过直射式煤油喷嘴进行连接。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，预燃燃烧室左侧端盖的中心为氧气供给孔，氧气供给孔的外侧预留了8个沿周向均匀分布的煤油离心喷嘴，氧气和煤油分别通过氧气供给孔和煤油离心喷嘴供给到预燃燃烧室参与燃烧。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，预留了30个煤油喷注孔，煤油喷注孔沿径向分布了3排，沿周向分布了10列，煤油喷注孔的左侧为煤油供给腔，中心为氧气供给孔，在左侧为预燃燃烧室的端盖。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，所述的预燃燃烧室由预燃燃烧室盖板和圆环形外壁组成的圆形空腔结构；左侧预燃燃烧室盖板的外侧为沿周向均匀分布的8个煤油喷注孔；圆环形外壁靠近右侧，预留了3排，每排4个沿周向均布的氧气供给孔。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，预燃燃烧室的圆环形外壁左侧，预留了两个高能点火器安装孔，相互之间间隔180
°
，其中分别安装了高能点火器，对预燃燃烧室进行点火，通过氧气供给孔将参与爆震燃烧的氧气供给到预燃燃烧室，与预燃燃烧室左侧的已燃气体进行混合。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，预燃燃烧室通过中心锥结构能够将气体沿圆锥型面导出预燃燃烧室，避免在右侧端盖中心形成回流区，减小了气体的流动损失。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，预燃燃烧室右端盖中心锥形结构的外侧为气体环形通道，型面采用了收敛段和平直段结构，收敛段的入口处面积大，能够增加气体的流通面积；平直段结构中间设计了10个沿预燃燃烧室周向均匀分布的加强肋结构，加强肋的两端采用了平滑的圆弧过渡，能够减小气体的流动损失，加强肋的安装方向与燃烧室轴向夹角为45
°
，当气体流动至环形通道时，能够改变环形通道内气体的流动方向，在环形通道出口产生旋流效应，有利于气体和煤油在旋转爆震燃烧腔中的均匀混合。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，在燃烧室外环的预爆管安装孔和高频压力传感器安装孔的轴向位置相同，周向间隔180
°
；预爆管安装孔的轴线方向与燃烧室环腔的周向相切，预爆管沿燃烧室外环的切向安装在预爆管安装孔内，通过预爆管产生的爆震波对旋转爆震燃烧腔进行点火起爆，预爆管的射流方向与旋转爆震燃烧腔相切，高频压力传感器安装孔的轴线方向与燃烧室径向相同，能够安装高频压力传感器，通过高频压力传感器能够监测燃烧室内的旋转爆震波传播状态。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，燃烧室外环的内部设置有环腔形结构的煤油冷却腔；靠近燃烧室出口一侧，预留了2个轴向位置相同的煤油入口孔，相互之间间隔180
°
；冷态煤油通过煤油入口孔供给到煤油冷却腔内，与燃烧室壁面进行换热，同时也对燃烧室壁面进行冷却；煤油冷却腔靠近燃烧室进口一侧，采用直射式煤油喷嘴，与壁面换热后的煤油，通过直射式煤油喷嘴从冷却通道供给到旋转爆震燃烧腔中。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，通过直射式煤油喷嘴将换热后温度较高的煤油，从煤
油冷却腔供给到燃烧腔中参与爆震燃烧；直射式煤油喷嘴的轴线方向与燃烧室轴向的夹角为45
°
，沿周向均匀分布，将煤油均匀地供给到旋转爆震燃烧腔中，为了保证气体燃料喷嘴的加工精度，直射式煤油喷嘴的轴向长度与喷孔直径的比值为3～5之间。
[0020]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0021]本专利技术提供的一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，部分煤油和氧气通过在预燃燃烧室中提前燃烧，随后将温度较高的已燃气体和氧气供给到旋转爆震燃烧腔，高温已燃气体促进了液态煤油的快速雾化蒸发，更易实现煤油与氧气快速均匀掺混，有利于煤油旋转爆震波的快速起爆和稳定传播。相较于传统旋转爆震燃烧室，本专利技术通过增加预燃燃烧室的方式，解决了煤油雾化蒸发、以及与氧化剂混合效果差的问题，提高了基于煤油旋转爆震波起爆和传播的稳定性，对旋转爆震燃烧室的工程应用非常重要。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，其特征在于，包括预燃燃烧室、直射式煤油喷嘴、煤油冷却腔和空桶型燃烧室；所述的预燃燃烧室位于旋转爆震燃烧室最左端；左侧预燃燃烧室盖板的中心为氧气供给孔，外侧为沿周向均匀分布的若干煤油喷注孔；圆环形外壁靠近右侧，预留了多排，每排若干沿周向均布的氧气供给孔；右端为预燃燃烧室的出口，中心为锥形结构，锥形结构外侧为沿氧气供给环缝；所述的空桶型燃烧腔位于预燃燃烧室出口一侧，是由燃烧室外环和燃烧室端盖组成的圆形空腔结构；空桶型燃烧腔和预燃燃烧室的轴向位置相同，相互之间通过燃烧室端盖分隔；燃烧室外环靠近空桶型燃烧腔头部一侧预留了两个圆形通孔，分别为预爆管安装孔和高频压力传感器安装孔；所述的煤油冷却腔位于燃烧室外环内部，为环形空腔结构，在靠近燃烧室外环右侧，预留了两个圆形通孔，为煤油的供给孔；所述的直射式煤油喷嘴位于燃烧室外环，且靠近燃烧腔的左侧，为圆形通孔结构，数量为180个；直射式煤油喷嘴沿轴向分布了三排，沿周向均匀分布了60列；空桶型燃烧腔和煤油冷却腔之间通过直射式煤油喷嘴进行连接。2.根据权利要求1所述的一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，其特征在于，预燃燃烧室左侧端盖的中心为氧气供给孔，氧气供给孔的外侧预留了8个沿周向均匀分布的煤油离心喷嘴，氧气和煤油分别通过氧气供给孔和煤油离心喷嘴供给到预燃燃烧室参与燃烧。3.根据权利要求1所述的一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，其特征在于，预留了30个煤油喷注孔，煤油喷注孔沿径向分布了3排，沿周向分布了10列，煤油喷注孔的左侧为煤油供给腔，中心为氧气供给孔，在左侧为预燃燃烧室的端盖。4.根据权利要求1所述的一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，其特征在于，所述的预燃燃烧室由预燃燃烧室盖板和圆环形外壁组成的圆形空腔结构；左侧预燃燃烧室盖板的外侧为沿周向均匀分布的8个煤油喷注孔；圆环形外壁靠近右侧，预留了3排，每排4个沿周向均布的氧气供给孔。5.根据权利要求1所述的一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，其特征在于，预燃燃烧室的圆环形外壁左侧，预留了两个高能点火器安装孔，相互之间间隔180
°
，其中分别安装了高能点火器，对预燃燃烧室进行点火，通过氧气供给孔将参与爆震燃烧的氧气供给到预燃燃烧室，与预燃燃烧室左侧的已燃气体进行混合。6.根据权利要求1所述的一种带预燃燃烧室的旋...
【专利技术属性】
技术研发人员：王致程，肖俊峰，王玮，王峰，李晓丰，胡孟起，夏林，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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