本发明专利技术提出了一种复合型旋转爆震燃烧装置，包括外环流道、外环喷注装置、中心流道、中心喷注装置、流道端面、点火装置和环形导流锥。该燃烧装置工作时，分别在外环流道与中心流道形成旋转爆震波，沿周向传播，燃烧产物分别沿径向向内侧和外侧膨胀。在燃烧装置外径的1/4～3/4处，布置有环形导流锥，燃烧产物通过环形导流锥改变流动方向，向燃烧装置下游流动，直接排出产生推力或驱动涡轮输出轴功，该轴功可用于发电或驱动高压涡轮带动压气机转动等。本发明专利技术通过分区组织爆震燃烧，可大幅提高旋转爆震燃烧装置的空间利用率，有利于室压建立，提升做功能力，增强燃烧装置工作可靠性。本发明专利技术可用于爆震燃烧及航空航天推进技术领域。可用于爆震燃烧及航空航天推进技术领域。可用于爆震燃烧及航空航天推进技术领域。
【技术实现步骤摘要】
一种复合型旋转爆震燃烧装置
[0001]本专利技术涉及爆震燃烧及航空航天推进
，具体为一种复合型旋转爆震燃烧装置。
技术介绍
[0002]相比常规推进装置采用的缓燃燃烧，爆震燃烧具有能量释放速率快、熵增低和自增压等潜在优势，旋转爆震燃烧不需要反复点火，具有连续工作和推力输出稳定等优点。因此，采用旋转爆震燃烧的燃烧装置成为近年来航空航天领域的研究热点。
[0003]旋转爆震燃烧装置燃烧室主要分为环形燃烧室、空筒形燃烧室及盘式燃烧室。对于盘式燃烧室，燃料和氧化剂由燃烧装置外围布置的喷注器沿径向供给，旋转爆震波沿周向传播，波后已燃气体通过流道沿轴向排出产生推力；相比于环形燃烧室和空筒形燃烧室，盘式燃烧室轴向长度更短，并且与离心压气机和涡轮的匹配性更好。
[0004]然而，采用盘式燃烧室的燃烧装置的工程应用还面临许多挑战。传统盘式燃烧装置中旋转爆震波仅在外环处沿周向传播，已燃气体沿径向至中心处向开口端排出，燃烧装置中心附近区域并未组织燃烧，不利于室压的建立；仅在燃烧装置外围喷注，喷注范围小，无法组织全域燃烧，燃烧装置空间利用率低，不能充分利用燃烧装置头部端面，难以满足高推重比发动机较高的推力需求。此外，盘式旋转爆震燃烧装置中爆震波在弯曲通道内传播会降低爆震波强度，径向膨胀使爆震波传播不稳定甚至熄爆，燃烧装置稳定工作范围窄。因此，针对上述问题，本专利技术提出一种复合型旋转爆震燃烧装置。
技术实现思路
[0005]要解决的技术问题：
[0006]针对盘式燃烧装置内经常出现的工作不稳定和熄爆现象以及燃烧装置内部空间利用率低、室压较低的问题，本专利技术提出了一种复合型旋转爆震燃烧装置，对盘式旋转爆震燃烧装置进行优化改进。通过对燃烧装置进行分区燃烧设计，提高燃烧装置空间利用率，在盘式旋转爆震燃烧装置形成两个旋转爆震区。在两个旋转爆震区内同时组织旋转爆震燃烧，可以增大推力、提高室压，大幅提升推进性能。另外，旋转爆震区可交替工作，当爆震波径向膨胀损失较为严重时，爆震波强度减弱不足以维持自持传播，从而出现熄爆现象，燃烧装置内未燃混气就会发生缓燃。当缓燃结束后再重新进行供给并点火，才能重新形成爆震波，使燃烧装置工作不连续。本专利技术可通过压力传感器实时监测燃烧装置中爆震波强度，当出现上述情况时可直接起爆另一旋转爆震区，及时稳定推力输出，提高盘式旋转爆震燃烧装置工作可靠性。本专利技术可用于爆震燃烧及航空航天推进
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种复合型旋转爆震燃烧装置，包括外环流道、外环喷注装置、中心流道、中心喷注装置、流道端面、点火装置和环形导流锥。
[0009]所述燃烧装置分为外环旋转爆震区和中心旋转爆震区，两个旋转爆震区独立工
作，实现分区燃烧。
[0010]所述喷注装置由多组周向均布的喷注单元组成。外环喷注装置和中心喷注装置分别位于燃烧装置外径的3/4和1/4处，均采用孔孔撞击掺混方式，喷孔周向节距为孔径的5～6倍，燃料与氧化剂喷孔呈30
°
～90
°
，反应物通过喷孔进入中心流道并发生撞击，使反应物充分混合，有利于组织爆震燃烧。所述外环喷注单元与中心喷注单元应根据燃料、氧化剂的物性、供给流量等实际需求选择同轴离心、环缝喷孔、孔孔撞击或高速射流引射等掺混方式。
[0011]所述中心流道内径r
i
不小于23倍爆震波胞格尺寸(λ)，确保爆震波可以在中心流道和外环流道稳定传播，其中λ应根据实际工作中燃料种类及供给条件确定。
[0012]所述环形导流锥将燃烧装置分为外环旋转爆震区和中心旋转爆震区，其位于复合型燃烧装置外径的1/4～3/4处，任意周向位置的截面为曲边四边形结构，轴向长度与流道宽度相同，确保外环流道与中心流道的爆震波互不干扰，改变燃烧产物流动方向。
[0013]所述点火装置布置在燃烧装置头部端面，分别位于外环流道与中心流道径向长度1/2处的某一位置，启动后，可分别点燃外环流道与中心流道中的反应物，形成旋转爆震波，沿周向传播。在每个点火装置周向逆时针相距45
°
～90
°
处设置传感器，用于实时监测爆震波强弱。
[0014]有益效果：
[0015]采用本专利技术提供的一种复合型旋转爆震燃烧装置，通过对燃烧装置进行分区燃烧设计，提高燃烧装置空间利用率，在盘式旋转爆震燃烧装置形成两个旋转爆震区。两个旋转爆震区同时起爆可以增大推力，提高室压，在燃烧装置后加装喷管可使气体充分膨胀，大幅提升推进性能。若以涡轮取代喷管，则可将高温高压燃气携带的能量提取后转化为轴功，可用于发电或驱动航空发动机或燃气轮机中的压气机对来流进行增压。另外，旋转爆震区可交替工作，当单个旋转爆震区工作不稳定时，推力下降，可及时启动另一个旋转爆震区，稳定推力输出，防止燃烧装置工作间断，保证复合型旋转爆震燃烧装置工作的可靠性。本专利技术可用于爆震燃烧及航空航天推进
附图说明
[0016]图1为本专利技术复合型旋转爆震燃烧装置轴向剖面图；
[0017]图2为本专利技术复合型旋转爆震燃烧装置加装喷管轴向剖面图；
[0018]其中，1为中心燃料腔，2为中心氧化剂腔，3为中心点火装置，4为中心喷注单元，5为中心流道，6为外环点火装置，7为外环流道，8为流道端面，9为外环氧化剂腔，10为外环喷注单元，11为外环燃料腔，12为环形导流锥，13为喷管。
具体实施方式
[0019]现结合附图对本专利技术作进一步描述：
[0020]参照图1～2，本专利技术为一种复合型旋转爆震燃烧装置，包括外环流道7、外环喷注装置、中心流道5、中心喷注装置、流道端面8、点火装置和环形导流锥11。其特征在于在燃烧装置外径的1/4～3/4处设有环形导流锥12，将燃烧装置分为外环旋转爆震区和中心旋转爆震区，两个旋转爆震区独立工作，燃烧装置可选择单独一个旋转爆震区工作或两个旋转爆
震区同时工作，大幅提高燃烧装置工作性能和可靠性，在燃烧装置后加装喷管可使气流充分膨胀加速，提高推进性能。
[0021]参照图1，燃料和氧化剂通过中心喷注单元和外环喷注单元进入中心流道和外环流道，组织形成旋转爆震波。所述中心喷注单元和外环喷注单元均为孔孔撞击掺混方式，在实际工作中，应根据燃料、氧化剂的物性、供给流量等实际需求选择同轴离心、环缝喷孔、孔孔撞击或高速射流引射等多种掺混方式。
[0022]实施例1：结合图1，该型燃烧装置可用于替换燃气涡轮发动机的主燃烧装置。工作时，中心点火装置3和外环点火装置6同时启动，未燃混气在中心流道5和外环流道7分别形成爆震波沿周向传播。已燃气体沿流道端面8沿径向流动至燃烧装置外径的1/4～3/4处，经环形导流锥改变流动方向沿轴向排出，在燃烧装置后加装涡轮，将高温高压燃气携带的能量提取后转化为轴功，可用于发电或驱动航空发动机/燃气轮机中的压气机对来流进行增压。
[0023]实施例2：结合图2，当该型燃烧装置直接用于推进时，在燃烧装置尾部本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种复合型旋转爆震燃烧装置，包括外环流道、外环喷注装置、中心流道、中心喷注装置、流道端面、点火装置和环形导流锥。其特征在于燃烧装置分为外环旋转爆震区和中心旋转爆震区，两个旋转爆震区独立工作，燃烧产物在燃烧装置外径的1/4～3/4处高速排出。该分区设计有利于提升做功能力，提高室压，拓宽工作范围。2.根据权利要求1所述的一种复合型旋转爆震燃烧装置，其特征在于：所述喷注装置由多组周向均布的喷注单元组成。外环喷注装置和中心喷注装置分别位于燃烧装置外径的3/4和1/4处，均采用孔孔撞击掺混方式，喷孔周向节距为孔径的5～6倍，燃料与氧化剂喷孔呈30
°
～90
°
，反应物通过喷孔进入中心流道并发生撞击，使反应物充分混合，有利于组织爆震燃烧。3.根据权利要求2所述的一种复合型旋转爆震燃烧装置，其特征在于：在实际工作中，外环喷注单元与中心喷注单元应根据燃料/氧化剂的物性、供给流量等实际需求选择同轴离心、环缝喷孔、孔孔撞击或高速射流引射等掺混方式。4.根据权利要求1所述的一种复合型旋转爆震燃烧装置，其特征在于：中心流道内径r
i
不小于23倍爆震波胞格尺寸...
【专利技术属性】
技术研发人员：王可，徐子阳，曹力文，沙宇，范玮，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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