本发明专利技术公开了一种可变斜楔角度和起点的斜爆震发动机燃烧室实验装置，包括前连接部，后连接部，以及设置在前连接部和后连接部之间的燃烧室；燃烧室加工有斜楔，斜楔角度和起点位置可以根据来流可燃气体的压强、温度、当量比以及掺混均匀程度进行调整；斜楔表面分布有燃料喷注孔，可将燃料喷注在斜爆震波面后区域内，以改变燃烧室内的波系结构或斜爆震发动机的推力；所述燃烧室左壁面与燃烧室右壁面安装有观察窗，以观察试验中斜爆震波的起爆以及驻定过程。定过程。定过程。
【技术实现步骤摘要】
一种可变斜楔角度和起点的斜爆震发动机燃烧室实验装置
[0001]本专利技术属于超燃冲压发动机燃烧室领域，特别是一种可变斜楔角度和起点的斜爆震发动机燃烧室实验装置。
技术介绍
[0002]超燃冲压发动机是目前飞行器在大气层内实现超高声速飞行的最佳动力装置，超燃冲压发动机由进气道、燃烧室和单边膨胀尾喷管三大部件组成，其中进气道通过收缩壁面产生激波将高超声速空气减速增压到适合燃烧的状态，然后气流与燃料在燃烧室内混合燃烧释热，转变成高温高压气体后通过尾喷管膨胀产生推力。而以超燃冲压发动机为基础的高性能推进技术，则是实现高超声速推进的核心关键技术。传统的超燃冲压发动机设计中采用近似于等压循环的爆燃燃烧作为燃烧的组织方式，而目前仅通过优化燃烧室构型和燃料混合方式的方法也很难使发动机推力有大幅度的提高，如果采用近似于等容循环的爆震燃烧作为冲压发动机的燃烧组织方式，则在理论上可以提高超燃冲压发动机30％的推力性能，由此可见，爆震燃烧作为一种更高效的燃烧组织方式，在超燃冲压发动机的推力性能优化设计中有很广阔的应用前景。
[0003]斜爆震冲压发动机中可燃气来流经斜劈诱导斜激波，进而诱发斜爆起爆，在合适的来流条件及斜坡角度下，斜爆震波起爆后可以驻定在斜坡表面，而且化学反应也在斜爆震波附近发生，在微秒量级内就可以完成，然后高温经喷管膨胀后排出，产生推力。斜爆震波驱动的超燃冲压发动机除了在燃烧循环效率上具有优势外，还因为爆震反应区域小所以具有发动机尺寸短、轻量化且结构简单的优点，另外，斜爆震作为驱动方式可以在高马赫数下有更少的单位油耗率，进一步提高了发动机性能。
[0004]斜爆震波的成功起爆与驻定是斜爆震发动机正常工作的必要条件，而斜爆震波的起爆又与斜楔的角度与起点有着密切关系，目前，在存在壁面约束的真实斜爆震发动机燃烧室中斜爆震波的起爆和驻定机理尚不明晰。因此，为了推进斜爆震发动机的工程应用的进程，结合超声速激波风洞，对于斜爆震发动机燃烧室进行多工况的试验就显得尤为重要。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种可变斜楔角度和起点的斜爆震发动机燃烧室实验装置，以实现燃烧室斜楔角度与起点位置与来流条件匹配，从而起爆斜爆震波并使其在燃烧室内稳定驻定，且燃烧室斜楔上设有燃料补充孔，以实现在实验过程中提高起爆概率、改变波系结构、加力燃烧。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0007]一种可变斜楔角度和起点的斜爆震发动机实验装置，包括前连接部，后连接部，以及设置在前连接部和后连接部之间的燃烧室，所述燃烧室的下壁面为可拆卸结构，以更换不同规格的燃烧室下壁面，即不同的斜楔角度和斜楔起点；
[0008]所述燃烧室下壁面设有斜楔，用于根据来流情况调整角度以保证斜爆震波能够起
爆、根据燃烧室释热情况调整斜楔位置保证斜爆震波稳定驻定：选择合适的斜楔角度诱导产生足够强的前导斜激，使前导斜激波与激波诱导燃烧产生的压缩波之间产生相互增强作用，最终斜激波与燃烧波耦合成为斜爆震波；选择合适的斜楔位置与燃烧室上壁面形成适当大小的流道面积，使起爆后的斜爆震波不会因化学反应热释放效率过快而出现热壅塞，从而向上游传播。
[0009]所述斜楔上设有燃料补充孔，用于向激波诱导燃烧的燃烧区或者斜爆震波波面后的化学反应区内补充燃料，增大燃烧区内燃料质量分数，可增大燃烧波强度，提高激波诱导燃烧向爆震转变的概率；增大化学反应区内燃烧质量分数，利用化学反应区的高温高压特性，可实现燃料的快速燃烧，从而增大燃烧室推力。
[0010]本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
[0011](1)本专利技术应用于超焓激波风洞试验平台，成功实现了来流混合燃气在斜楔上起爆斜爆震波和斜爆震波的稳定驻定，验证了斜爆震冲压发动机应用于超高速动力推进系统的可行性。
[0012](2)在小当量比的来流条件下，斜爆震波可能无法在斜楔上起爆并驻定，而在大当量比的来流条件下，斜爆震波可能会起爆并向上游传播，通过斜楔上的燃料补充孔补充燃料，本专利技术可以探究波面后补充燃料对于激波诱导燃烧向爆震转变的可行性，也可以改变斜爆震波的波系结构，研究变化当量比对于斜爆震波驻定特性和波系结构的影响。对于稳定驻定的斜爆震波，利用燃料补充孔在其波面后补充燃料，还可以改变推力，实现斜爆震发动机加力燃烧。
[0013](3)本专利技术实现对于斜楔角度以及位置的调整，可以探究总结斜爆震发动机工作过程中，即斜爆震波起爆与驻定过程中，斜楔角度以及发动机喉道面积与来流条件之间的匹配关系，为斜爆震发动机的工程应用提供一定的参考。
附图说明
[0014]图1(a)为本专利技术一种可变斜楔角度和位置的斜爆震发动机燃烧室装配体剖视图。
[0015]图1(b)为本专利技术燃料供给装置与燃烧室下壁面安装示意图。
[0016]图2为本专利技术装配体正等轴测图。
[0017]图3为本专利技术前法兰盘剖视图。
[0018]图4为本专利技术前法兰盘主视图。
[0019]图5为本专利技术燃烧室上壁面俯视图
[0020]图6为本专利技术装配体底部仰视图。
[0021]图7为本专利技术燃烧室右壁面主视图。
[0022]图8为本专利技术燃烧室观察窗盖板正等轴测图。
[0023]图9为本专利技术燃烧室观察窗方形玻璃正等轴测图。
[0024]图10为本专利技术观察窗装配剖视图。
[0025]图11为本专利技术下壁面剖视图。
[0026]图12为本专利技术下壁面正等轴测图。
[0027]图13为本专利技术后法兰盘剖视图。
[0028]图14为本专利技术后法兰盘主视图。
[0029]图15为本专利技术燃料供给装置剖视图。
[0030]图16(a)为采用α＝25
°
、x＝28mm斜楔且ER＝0.32的实验纹影照片
[0031]图16(b)为采用α＝25
°
、x＝28mm斜楔且ER＝0.52的实验纹影照片
[0032]图16(c)为采用α＝25
°
、x＝28mm斜楔且ER＝0.46+0.06的实验纹影照片
[0033]图16(d)为采用α＝20
°
、x＝28mm斜楔且ER＝0.52的实验纹影照片
具体实施方式
[0034]下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。
[0035]如图1
‑
5所示，一种可变斜楔角度和起点的斜爆震发动机燃烧室试验装置包括沿可燃混合气体流动方向依次连接的前法兰盘1、前焊接块2、燃烧室上壁面3、燃烧室左壁面4、燃烧室右壁面5、燃烧室下壁面6、观察窗盖板7、后焊接块8、后法兰盘9、观察窗方形玻璃10、燃料供给装置11，燃烧室总长度217mm，燃烧室下壁面6与上壁面3组成收缩流道3
‑
2，流道高度为56mm，流道高度为120mm。
[0036]如图1，前焊接块2、燃烧室上壁面3、燃烧室左壁面4、燃烧室右壁面5、后焊接块8先通过焊接连接在一起，焊接在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可变斜楔角度和起点的斜爆震发动机燃烧室实验装置，包括用于与掺混段连接的前连接部，用于与真空罐连接的后连接部，以及设置在前连接部和后连接部之间的内部有收缩扩张型流道的燃烧室；其特征在于，燃烧室下壁面为可拆卸式结构，以更换不同规格的燃烧室下壁面，即不同的斜楔角度和位置；所述燃烧室下壁面上设有斜楔，用于根据来流情况下调整角度以保证斜爆震波能够起爆；所述斜楔前设有水平调整段，用于调整斜楔位置，调整燃烧室喉道最小流动面积，以确定热壅塞对于斜爆震波起爆及驻定的影响；所述斜楔上设有多个垂直于气流流动方向布置的燃料供给孔，用于对仅实现激波诱导燃烧而未出现斜爆震波起爆的工况下进行燃料补充，以提高产生斜爆震波起爆概率；对出现斜爆震波起爆的工况下进行燃料补充，以改变斜爆震波波系结构；对于稳定驻定的斜爆震波，还用于改变推力，实现斜爆震发动机加力燃烧。2.根据权利要求1所述的可变斜楔角度和起点的斜爆震发动机燃烧室实验装置，其特征在于，燃烧室上壁面和燃烧室下壁面均设有多个测压孔，燃烧室上壁面和燃烧室下壁面均用于检测燃烧室内是否产生起爆；且燃烧室下壁面的测压孔还用于检测燃...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈硕，马虎，夏镇娟，谢宗齐，李盛，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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