本发明专利技术公开了一种采用二氧化碳冷却的冲压发动机，包括发动机外壳(3)，发动机外壳(3)前端形成有进气道(1)，后端形成有尾喷管(6)，发动机外壳(3)前端内壁上安装有二氧化碳喷注调节器(2)，在低马赫数条件下条件下，二氧化碳喷注调节器(2)处于收起状态，在高马赫数条件下条件下，二氧化碳喷注调节器(2)处于打开状态。本发明专利技术通过在高马赫数(高温)来流条件下采用冷却工质对发动机燃烧室隔热屏进行冷却，在传统冲压发动机工作速域的基础上，拓宽冲压发动机工作边界。动机工作边界。动机工作边界。
【技术实现步骤摘要】
一种采用二氧化碳冷却的冲压发动机
[0001]本专利技术属于发动机
，涉及一种采用二氧化碳冷却的冲压发动机。
技术介绍
[0002]冲压发动机燃烧室热防护是其关键技术之一。气膜冷却热防护方案因其结构重量轻的特点在冲压发动机中得到了广泛应用。
[0003]气膜冷却利用来流的空气对燃烧室进行冷却。冷却气体将燃烧室壁面和火焰筒隔开，起到保护燃烧室壁面的作用。燃烧室气膜冷却机理为，进入冲压发动机的空气量可以分为两部分，一部分是流入燃烧室与燃油混合燃烧，另外一部分流入冷气通道，在壁面附近沿一定方向向主流中喷入冷气，这股冷气在主流的压力和摩擦力作用下向下游弯曲，粘附在壁面附近，形成温度较低的冷气膜，将壁面同高温燃气隔离，并带走部分高温燃气对壁面的辐射热量，从而隔离燃气与外壁防止外壁烧蚀，同时保护隔热屏被烧坏。冷气膜对壁面有两个重要的热保护作用：一是使高温燃气不能与壁面直接接触，以避免高温燃气直接对壁面进行对流换热，具有隔热作用；二是在大部分区域里，将高温燃气的辐射热量从壁面带走一部分，实现对壁面的冷却。
[0004]但是当发动机工作马赫数大于4.0时,此时因其来流空气的总温达到了1000K，甚至更高，传统的来流气膜冷却燃烧室热防护方案将不再适用(即：传统的冲压发动机隔热屏冷却方案，由于高速来流总温高，气膜冷却不能满足使用要求)。
[0005]二氧化碳是一种无色、无嗅、不助燃、不可燃的气体；安全无毒，并具有良好的热稳定性和化学稳定性，即使在高温下液不会分解出有害气体；具有良好的传热热性，动力粘度低，流动损失小；相变压力和温度低，单位冷量高，可减小储存设备尺寸(二氧化碳优点：无害、因相变使得其单位冷量高)。
[0006]发动机自带冷却工质——二氧化碳。在马赫数低时，用来流空气冷却燃烧室壁面。在高温来流下，用自身携带的二氧化碳/氦气进行冷却，以提高发动机工作速域。
技术实现思路
[0007](一)专利技术目的
[0008]本专利技术的目的是：为扩宽冲压发动机的工作范围，提出一种带冷却工质的冲压发动机方案，通过对发动机燃烧室进行冷却，从而满足高马赫数(＞4.0)燃烧室的热防护需求。
[0009](二)技术方案
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种采用二氧化碳冷却的冲压发动机，包括发动机外壳3，发动机外壳3前端形成有进气道1，后端形成有尾喷管6，发动机外壳3前端内壁上安装有二氧化碳喷注调节器2，在低马赫数条件下条件下，二氧化碳喷注调节器2处于收起状态，在高马赫数条件下条件下，二氧化碳喷注调节器2处于打开状态。其中，低马赫数为M<4.0，高马赫数为M>4.0。
[0011]发动机外壳3内壁面处安装隔热屏5，二氧化碳喷注调节器2位于隔热屏5前端，且打开和收起状态可调节。
[0012]二氧化碳喷注调节器2处于打开状态时，将隔热屏5与发动机外壳3前端开口遮挡，并向隔热屏5与发动机外壳3之间的冷却通道喷入二氧化碳冷却工质；二氧化碳喷注调节器2处于收起状态时，来流空气进入隔热屏5与发动机外壳3之间的冷却通道。
[0013]隔热屏5为薄壁结构，采用横向波纹结构，通过横向波纹结构降低隔热屏周向热膨胀不均匀导致的热应力，轴向可以分节，分为3节或更多节，具体节数需要根据设计需求确定。
[0014]进气道1中心设有中心锥，中心锥为两圆锥底部对接形成。
[0015]发动机外壳3内布置喷油环4，位于中心锥后部。
[0016]发动机外壳3外部设有二氧化碳储罐7，二氧化碳喷注调节器2和二氧化碳储罐7连接，连接管路上设置有二氧化碳流量调节器8。
[0017](三)有益效果
[0018]上述技术方案所提供的采用二氧化碳冷却的冲压发动机，通过在高马赫数(高温)来流条件下采用冷却工质对发动机燃烧室隔热屏进行冷却，在传统冲压发动机工作速域的基础上，拓宽冲压发动机工作边界。
附图说明
[0019]图1为二氧化碳冷却冲压发动机；1
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进气道；2
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二氧化碳喷注调节器；3
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发动机外壳；4
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喷油环；5
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隔热屏；6
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尾喷管；7
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二氧化碳储罐；8
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二氧化碳流量调节器。
[0020]图2二氧化碳喷注调节器关闭示意图。10
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冷却工质喷注调节器(关闭状态)；20
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燃烧室冷却通道。
[0021]图3二氧化碳喷注调节器打开示意图。10
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冷却工质喷注调节器(打开状态)；20
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燃烧室冷却通道。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0023]如图1所示，本实施例采用二氧化碳冷却的冲压发动机包括发动机外壳3，发动机外壳3前端形成有进气道1，后端形成有尾喷管6，发动机外壳3前端内壁上安装有二氧化碳喷注调节器2，在低马赫数条件下条件下，二氧化碳喷注调节器2处于收起状态，在高马赫数条件下条件下，二氧化碳喷注调节器2处于打开状态。其中，低马赫数为M<4.0，高马赫数为M>4.0。
[0024]发动机外壳3内壁面处安装隔热屏5，二氧化碳喷注调节器2位于隔热屏5前端，且打开和收起状态可调节。
[0025]二氧化碳喷注调节器2处于打开状态时，将隔热屏5与发动机外壳3前端开口遮挡，并向隔热屏5与发动机外壳3之间的冷却通道喷入二氧化碳冷却工质；二氧化碳喷注调节器2处于收起状态时，来流空气进入隔热屏5与发动机外壳3之间的冷却通道。
[0026]隔热屏5为薄壁结构，采用横向波纹结构，通过横向波纹结构降低隔热屏周向热膨
胀不均匀导致的热应力，轴向可以分节，分为3节或更多节，具体节数需要根据设计需求确定。
[0027]进气道1中心设有中心锥，中心锥为两圆锥底部对接形成。
[0028]发动机外壳3内布置喷油环4，位于中心锥后部。
[0029]发动机外壳3外部设有二氧化碳储罐7，二氧化碳喷注调节器2和二氧化碳储罐7连接，连接管路上设置有二氧化碳流量调节器8。
[0030]如图2和图3所示，发动机燃烧室隔热屏在低马赫数时不进行主动冷却，高马赫数时进行主动冷却：
[0031]a、在低马赫数条件下(M<4.0)条件下(传统冲压发动机工作速域范围)，二氧化碳喷注调节器处于收起状态，发动机工作模式与传统发动机相同，利用来流气膜对发动机隔热屏进行冷却；
[0032]b、在高马赫数条件下(M>4.0)条件下(此时来流温度较高，不能用于冷却发动机壁面)，二氧化碳喷注调节器处于打开状态，发动机向冷却通道喷入二氧化碳冷却工质，利用二氧化碳对发动机隔热屏进行冷却，从而拓展了发动机的工作速域。
[0033本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种采用二氧化碳冷却的冲压发动机，其特征在于，包括发动机外壳(3)，发动机外壳(3)前端形成有进气道(1)，后端形成有尾喷管(6)，发动机外壳(3)前端内壁上安装有二氧化碳喷注调节器(2)，在低马赫数条件下条件下，二氧化碳喷注调节器(2)处于收起状态，在高马赫数条件下条件下，二氧化碳喷注调节器(2)处于打开状态。2.如权利要求1所述的采用二氧化碳冷却的冲压发动机，其特征在于，所述低马赫数为M<4.0，高马赫数为M>4.0。3.如权利要求2所述的采用二氧化碳冷却的冲压发动机，其特征在于，所述发动机外壳(3)内壁面处安装隔热屏(5)，二氧化碳喷注调节器(2)位于隔热屏(5)前端，且打开和收起状态可调节。4.如权利要求3所述的采用二氧化碳冷却的冲压发动机，其特征在于，所述二氧化碳喷注调节器(2)处于打开状态时，将隔热屏(5)与发动机外壳(3)前端开口遮挡，并向隔热屏(5)与发动机外壳(3)之间的冷却通道喷入二氧化碳冷却工质。5.如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：何学刚，冷虹霖，蒋雪峰，张志刚，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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