等离子体辅助射流调控超燃冲压发动机工作模态的方法技术

提供一种等离子体辅助射流调控超燃冲压发动机工作模态的装置，包括隔离段(1)、燃烧室(2)、喷管(3)、等离子体辅助射流器(12)、喷注(13)、凹腔(14)。还提供一种等离子体辅助射流调控超燃冲压发动机工作模态的方法。本发明专利技术通过向发动机通道内喷注的等离子体辅助射流，能够提高发动机的燃烧效率，可实现发动工作模态连续可调，同时减小模态调节机构的复杂性。同时减小模态调节机构的复杂性。同时减小模态调节机构的复杂性。

【技术实现步骤摘要】
等离子体辅助射流调控超燃冲压发动机工作模态的方法


[0001]本专利技术属于航空航天
，特别涉及一种等离子体辅助射流调控超燃冲压发动机工作模态的方法。

技术介绍

[0002]超燃冲压发动机在高飞行马赫数下具有较高的性能，成为高速飞行器推进系统的首选。超燃冲压发动机一般由进气道、隔离段、燃烧室和喷管等部件组成。不同的飞行速度，超燃冲压发动机的工作模态不同。飞行速度相对较低时，隔离段内形成较强激波串，发动机处于亚燃工作模态。飞行速度相对较高时，隔离段内形成弱激波串，发动机处于超燃工作模态。超燃冲压发动机工作模态不同，燃烧室燃烧效率、发动机内部阻力以及发动机推力性能不同，因此需要发展超然冲压发动机工作模态的调控方法，实现发动机性能的可控。
[0003]现有的超燃冲压发动机工作模态的主动调控方法主要包括改变燃料当量比、改变喷注位置等。研究表明，通过增加燃料流量，使得超燃冲压发动机从弱燃烧的超燃模态进入亚燃模态；通过在低马赫数飞行条件下把喷注位置设置在燃烧室前端，在高马赫数飞行条件下把喷注后移，实现超燃冲压发动机工作模态的转换。
[0004]通过改变燃料当量比的方式，实现超燃冲压发动机燃烧模态的转换，在实际飞行过程中容易导致发动机燃烧效率低，影响发动机的推力性能。通过改变燃料喷注位置的方式，实现超燃冲压发动机燃烧模态的转换，因为可以改变的喷注位置数量有限，不能实现发动机工作模态的连续调节，易造成燃烧室效率低。

技术实现思路

[0005]针对超燃冲压发动机工作模态不同，导致发动机性能不同这一问题，本专利技术提供一种等离子体辅助射流调控超燃冲压发动机工作模态的装置，以下简称为“等离子体辅助射流调控发动机模态装置”，该装置包括隔离段1、燃烧室2、喷管3、等离子体辅助射流器12、喷注13、凹腔14；整个装置的空腔宽度不变；其中
[0006]隔离段1采用等截面构型，由隔离段左侧壁面4
‑
1、隔离段右侧壁面5
‑
1、隔离段上壁面6和隔离段下壁面7组成；隔离段入口高度与入口宽度的比例小于1，隔离段出口尺寸与入口尺寸相同，并且隔离段上壁面6和隔离段下壁面7均与水平面平行；
[0007]燃烧室2由燃烧室左壁面4
‑
2、燃烧室右壁面5
‑
2、燃烧室上壁面8和燃烧室下壁面9组成，为单边扩张构型，具有一定的扩张角度；燃烧室左壁面4
‑
2与隔离段左侧壁面4
‑
1一体化且共面，燃烧室右壁面5
‑
2与隔离段右侧壁面5
‑
1一体化且共面，燃烧室上壁面8与隔离段上壁面6一体化且共面，燃烧室下壁面9与隔离段下壁面7一体化，但燃烧室下壁面9向下扩张一定角度；燃烧室2入口尺寸与隔离段1出口尺寸相同；燃烧室内具有等离子体辅助射流器12、燃料喷注13、凹腔14，具体如下；
[0008]凹腔14大致位于燃烧室2中部，由前壁面、后壁面和底壁面组成；凹腔前壁面与燃烧室下壁面9垂直，凹腔底壁面与燃烧室下壁面9平行；凹腔后壁面为收敛构型，其与燃烧室
下壁面9所在平面呈一定角度；凹腔前壁面高度为与凹腔底壁面长度的比值小于10，凹腔宽度与燃烧室下壁面9的宽度相同；
[0009]凹腔底壁面上设置燃料喷注13，燃料喷注13为自下向上穿透等离子体辅助射流调控发动机模态装置下方机体的通孔，该通孔出口处于燃烧室左壁面4
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2和燃烧室右壁面5
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2之间的中心位置；
[0010]在凹腔14上游安装等离子体辅助射流器12，其包括自下向上穿透等离子体辅助射流调控发动机模态装置下方机体的通孔和固定安装在该通孔中的等离子体辅助射流器，通孔的形状设计成适应等离子体辅助射流器的外形；等离子体辅助射流器12距离凹腔前壁面有一定距离；
[0011]喷管3由喷管上壁面10、喷管下壁面11、喷管左壁面4
‑
3和喷管右壁面5
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3组成，采用双边扩张构型，扩张角度为θ2；喷管入口尺寸与燃烧室出口尺寸相同；喷管左壁面4
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3与燃烧室左壁面4
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2一体化且共面，喷管右壁面5
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3与燃烧室右壁面5
‑
2一体化且共面，喷管上壁面10与燃烧室上壁面8一体化，但喷管上壁面10自燃烧室上壁面8向上扩张一定角度，喷管下壁面11与燃烧室下壁面9一体化，但喷管下壁面11自燃烧室下壁面9向下扩张一定角度。
[0012]在本专利技术的一个具体实施例中，隔离段1的隔离段入口高度与入口宽度的比例为1∶2；燃烧室扩张角度为2度。
[0013]在本专利技术的另一个具体实施例中，凹腔后壁面与燃烧室下壁面9所在平面的夹角为60度。
[0014]在本专利技术的又一个具体实施例中，凹腔前壁面高度为17毫米，凹腔底壁面长度85毫米。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，燃料喷注13的通孔出口靠近凹腔14前壁面；燃料喷注孔为圆柱形孔，孔径0.1
‑
0.8毫米。
[0016]在本专利技术的另一个实施例中，等离子体辅助射流器由预混室15和射流生成室16组成，射流生成室16壁面为导电金属制成；预混室15在下且直径较大，为一圆柱形空腔，具有下端面17和上端面18
‑
1；射流生成室16在预混室上面，由圆柱形空腔及位于空腔中心的中心电极组成，具有下端面18
‑
2和上端面19；其中预混室上端面18
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1和射流生成室下端面18
‑
2复合为一个共用端面18；预混室空腔与射流生成室空腔通过二者之间的共用端面18上设置的圆形小孔连通；预混室15下端面17上设置空气进口和燃料进口；在射流生成室16上端面19上设置射流喷口，用于向燃烧室喷射高温燃气；
[0017]等离子体辅助射流器12中心电极连接电源高压端，射流生成室16的壁面连接电源低压端。
[0018]在本专利技术的又一个实施例中，预混室空腔与射流生成室空腔之间共用端面18上设置的圆形小孔，其大小和数量根据离子体辅助射流器的流量设定。
[0019]在本专利技术的再一个具体实施例中，燃料进口为圆形截面，设置在混合室下端面17的中心位置；空气进口为圆形截面，设置在混合室下端面17圆心与边缘之间；射流喷口为圆形截面。
[0020]在本专利技术的还一个具体实施例中，预混室外径为22毫米，射流生成室外径为10毫米；燃料进口直径为2毫米；空气进口直径为5毫米。
[0021]此外，还提供一种等离子体辅助射流调控超燃冲压发动机工作模态的方法，该方法基于上述等离子体辅助射流调控超燃冲压发动机工作模态的装置，具体包括下列步骤：
[0022]步骤1：将等离子体辅助射流调控发动机模态装置安装在超燃冲压发动机直连式试验台上，根据高速飞行器的飞行状态，选用合适马赫数的喷管，将喷管与等离子体辅助射流调控发动机模态装置相连接；
[0023]步骤2：启动超燃冲压发动机直连式试验本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体辅助射流调控超燃冲压发动机工作模态的装置，以下简称为“等离子体辅助射流调控发动机模态装置”，其特征在于，该装置包括隔离段(1)、燃烧室(2)、喷管(3)、等离子体辅助射流器(12)、喷注(13)、凹腔(14)；整个装置的空腔宽度不变；其中隔离段(1)采用等截面构型，由隔离段左侧壁面(4
‑
1)、隔离段右侧壁面(5
‑
1)、隔离段上壁面(6)和隔离段下壁面(7)组成；隔离段入口高度与入口宽度的比例小于1，隔离段出口尺寸与入口尺寸相同，并且隔离段上壁面(6)和隔离段下壁面(7)均与水平面平行；燃烧室(2)由燃烧室左壁面(4
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2)、燃烧室右壁面(5
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2)、燃烧室上壁面(8)和燃烧室下壁面(9)组成，为单边扩张构型，具有一定的扩张角度；燃烧室左壁面(4
‑
2)与隔离段左侧壁面(4
‑
1)一体化且共面，燃烧室右壁面(5
‑
2)与隔离段右侧壁面(5
‑
1)一体化且共面，燃烧室上壁面(8)与隔离段上壁面(6)一体化且共面，燃烧室下壁面(9)与隔离段下壁面(7)一体化，但燃烧室下壁面(9)向下扩张一定角度；燃烧室(2)入口尺寸与隔离段(1)出口尺寸相同；燃烧室内具有等离子体辅助射流器(12)、燃料喷注(13)、凹腔(14)，具体如下；凹腔(14)大致位于燃烧室(2)中部，由前壁面、后壁面和底壁面组成；凹腔前壁面与燃烧室下壁面(9)垂直，凹腔底壁面与燃烧室下壁面(9)平行；凹腔后壁面为收敛构型，其与燃烧室下壁面(9)所在平面呈一定角度；凹腔前壁面高度为与凹腔底壁面长度的比值小于10，凹腔宽度与燃烧室下壁面(9)的宽度相同；凹腔底壁面上设置燃料喷注(13)，燃料喷注(13)为自下向上穿透等离子体辅助射流调控发动机模态装置下方机体的通孔，该通孔出口处于燃烧室左壁面(4
‑
2)和燃烧室右壁面(5
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2)之间的中心位置；在凹腔(14)上游安装等离子体辅助射流器(12)，其包括自下向上穿透等离子体辅助射流调控发动机模态装置下方机体的通孔和固定安装在该通孔中的等离子体辅助射流器，通孔的形状设计成适应等离子体辅助射流器的外形；等离子体辅助射流器(12)距离凹腔前壁面有一定距离；喷管(3)由喷管上壁面(10)、喷管下壁面(11)、喷管左壁面(4
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3)和喷管右壁面(5
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3)组成，采用双边扩张构型，扩张角度为θ2；喷管入口尺寸与燃烧室出口尺寸相同；喷管左壁面(4
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3)与燃烧室左壁面(4
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2)一体化且共面，喷管右壁面(5
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3)与燃烧室右壁面(5
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2)一体化且共面，喷管上壁面(10)与燃烧室上壁面(8)一体化，但喷管上壁面(10)自燃烧室上壁面(8)向上扩张一定角度，喷管下壁面(11)与燃烧室下壁面(9)一体化，但喷管下壁面(11)自燃烧室下壁面(9)向下扩张一定角度。2.如权利要求1所述的等离子体辅助射流调控超燃冲压发动机工作模态的装置，其特征在于，隔离段(1)的隔离段入口高度与入口宽度的比例为1∶2；燃烧室扩张角度为2度。3.如权利要求1所述的等离子体辅助射流调控超燃冲压发动机工作模态的装置，其特征在于，凹腔后壁面与燃烧室下壁面(9)所在平面的夹角为60度。4.如权利要求1所述的等离子体辅助射流调控超燃冲压发动机工作模态的装置，其特征在于，凹腔前壁面高度为17毫米，凹腔底壁面长度85毫米。5.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭善广，吴云，崔巍，宋慧敏，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：