【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及火箭冲压组合动力领域，尤其是涉及一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置。
技术介绍
1、为满足未来动力系统“全速域、高比冲、重复使用”的军事需求，吸气式组合动力应运而生。火箭冲压组合动力是一种将火箭发动机和冲压发动机整合成一个整体的组合动力，可以结合高推重比火箭和高比冲冲压的优点，从而获得更优的组合动力发动机性能。在来流速度较低，进气道未完全启动时，火箭喷管尾流的动能和热能通过掺混传递给进气道捕获空气来流，提高空气来流的总温和总压，同时在下游的冲压通道喷入燃料进行补燃，获得推力增益。此时火箭提供主要推力，并起到引射、点火和稳焰作用。当来流速度较高，进气道启动时，火箭冲压组合动力发动机的工作状态与冲压发动机相似，此时火箭以小流量工作，主要起到点火、稳焰和增推的作用。
2、组合动力为了兼顾宽速域的性能，往往会导致在非进气道设计点的来流条件下，进气道出口的气流均匀度较差，出口流场有一定的畸变，该进气畸变会使得冲压燃烧室的油气分布不均，降低燃烧性能。气动整流装置可以改善气流的流场品质。在进气道出口下游，燃烧室入口上游之间设置整流装置可以改善进入燃烧室的空气来流的均匀性，提高燃烧室入口处的流场品质。但对于火箭冲压组合动力，由于在燃烧室入口上游设置有引射火箭，且引射火箭一般置于流道中间或者侧壁面，这会对进入燃烧室的空气来流形成干扰，同时引射火箭工作时的射流与来流空气剪切掺混也会降低空气来流的均匀性；而引射火箭的高温射流使得整流装置无法设置在引射火箭出口的下游，否则将使得整流装置烧蚀而失去作用。因此有必要将火箭冲压组合
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术存在的上述技术问题，提供一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，适用于宽速域工作的火箭冲压组合动力，也适用于带有火箭的涡轮/冲压组合动力。
2、一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，包括：微型引射火箭、整流格栅、燃料供应流道、氧化剂供应流道、微型喷注器、微型火花塞、整流筒段、掺混扩压段；
3、火箭冲压组合动力燃烧室所需的空气来流经由上游的进气道进入整流筒段；整流筒段中安装有整流格栅和若干个微型引射火箭，所述整流格栅用于对进入的不均匀的空气来流进行整流，以降低气流畸变度，改善均匀度；若干个微型引射火箭安装在整流格栅气流孔之间的薄壁上，并在整流格栅的出口处均匀分布，均匀分布的微型引射火箭产生均匀分布的火箭射流,从而使得引射火箭射流的位置也在流道中均布；整流格栅的薄壁中开有供应流道，供应流道包括燃料供应流道和氧化剂供应流道，供应流道为微型引射火箭供应所需的推进剂；微型喷注器安装于整流格栅的壁面交汇处，微型喷注器设有燃料接口和氧化剂接口，分别与燃料供应流道和氧化剂供应流道连通，微型喷注器能在微型引射火箭的燃烧室内形成壁面冷却膜，以降低微型引射火箭的热防护难度；微型喷注器的中心设有通孔用于安装微型火花塞的点火头；整流后的空气来流与均匀分布的火箭射流在掺混扩压段剪切掺混，提高混合气体的总温总压，并减速增压，使之与冲压燃烧所需的速度和压力匹配，从而为后续的冲压燃烧提供所需的气流；使火箭冲压组合动力产生更大的推力；均布的微型引射火箭的射流可以有效缩短射流与空气来流掺混所需的长度，提高火箭冲压组合动力的推力；掺混扩压段的截面面积随气流流动方向逐渐扩大，其出口直径一般与冲压燃烧室入口的直径相同。
4、所述微型引射火箭，用于燃料与氧化剂燃烧产生高温高压燃气，并将高温高压燃气从喷管喷出形成高速射流，从而产生推力；微型引射火箭内部燃烧室的型面应该按照火箭推力室型面进行设计，一般按气流方向由前向后可以分为等直段、喷管收缩段、喷管喉部和喷管扩张段；微型引射火箭应采用耐高温材料，比如高温合金、钨合金和钛合金等；微型引射火箭安装于整流格栅气流孔之间的薄壁上，并在整流格栅的出口处均匀分布；微型引射火箭与整流格栅的固定方式可以采用焊接或者螺纹连接等方式，重点保证连接的可靠性和力学性能；微型引射火箭不能贴着整流筒段的壁面进行安装，这样容易造成壁面的烧蚀。
5、所述整流格栅，用于对进入整流筒段的空气进行整流，减小气流的畸变，提高均匀度，从而改善整流格栅出口气流流场的品质；整流格栅的气流孔截面一般采用多边形或者圆形，多边形多为正六边形，正八边形等；整流格栅气流孔之间的壁面应尽量地薄，但在安装引射火箭的位置壁面厚度应该允许通过宽度不小于1.5mm的流道，以保证微型引射火箭推进剂的供应；整流格栅的长度应根据实际来流的畸变程度以及允许的总压损失和出口流场畸变度来确定，在一般情况下可以先在100～300mm之间取一定值；整流格栅靠近出口处的部分由于要安装微型引射火箭和微型喷注器，因此该处壁面设置有燃料供应流道和氧化剂供应流道，流道与微型喷注器相应的接口相连。
6、所述燃料供应流道，用于为微型引射火箭供应燃烧所需的燃料，所述燃料一般为煤油、氢气(液氢)、甲烷(液甲烷)等常用火箭燃料；燃料供应流道设置于整流格栅气流孔之间的壁面内部，流道宽度不小于1.5mm，以降低燃料供应压力。
7、所述氧化剂供应流道，用于为微型引射火箭供应燃烧所需的氧化剂，所述氧化剂一般为氧气(液氧)、过氧化氢、一氧化二氮等常用火箭氧化剂；氧化剂供应流道设置于整流格栅气流孔之间的壁面内部，流道宽度不小于1.5mm，以降低燃料供应压力；氧化剂供应流道与燃料供应流道前后错开。
8、所述微型喷注器，用于将燃料和氧化剂喷注进微型引射火箭的燃烧室，促进燃料和氧化剂的掺混，并形成燃烧室壁面的冷却膜；微型喷注器安装于整流格栅的壁面交汇处，微型喷注器的接口与燃料与氧化剂流道连通，微型喷注器喷注面板上设有喷注槽(喷注孔)；微型喷注器的燃料与氧化剂喷槽(喷注孔)应该按照火箭喷注器的设计要求进行排列；为形成微型引射火箭燃烧室壁面的冷却膜，一般在微型喷注器边缘设置一圈氧化剂喷槽(或者喷注孔)，从而降低微型引射火箭的热防护难度；微型喷注器中心设有通孔用于安装火花塞的点火头。
9、所述微型火花塞，用于产生高能电火花，引燃燃料和氧化剂的混合气，实现微型引射火箭的点火；微型火花塞应有着相对较长的点火头，以使点火头可以伸进微型喷注器的中心安装通孔；点火头产生的电火花应能到达燃料和氧化剂掺混的区域，从而可以引燃混合气。
10、所述整流筒段，用于安装整流格栅，并连接进气道与掺混扩压段；对于圆截面的火箭冲压组合动力燃烧室，整流筒段一般也为圆形；整流筒段的长度应适当地比整流格栅的长度要长，同时根据允许的总压损失进行调整；整流筒段外壁面应留有与燃料供应流道和氧化剂供应流道相连的通孔，用于为微型引射火箭提供相应的燃料和氧化剂。
11、所述掺混扩压段，用于经过整流格栅后的空气与引射火箭射流进行剪切掺混，形成均匀的气流，并在该段减速增压，使混合气流的速度和压力与冲压燃烧室匹配；掺混扩压段的扩张角度应根据实际的情况进行设计，保证扩张的角度和长度能够使得流经的混合气流满足燃烧要求，并有着合适的流动损失；太大的扩张角可能导本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，其特征在于包括微型引射火箭、整流格栅、燃料供应流道、氧化剂供应流道、微型喷注器、微型火花塞、整流筒段、掺混扩压段；整流筒段与掺混扩压段连接；火箭冲压组合动力燃烧室所需的空气来流经由上游的进气道进入整流筒段；整流筒段中安装有整流格栅和若干个微型引射火箭，所述整流格栅用于对进入的不均匀的空气来流进行整流，以降低气流畸变度，改善均匀度；若干个微型引射火箭安装在整流格栅气流孔之间的薄壁上，并在整流格栅的出口处均匀分布，均匀分布的微型引射火箭产生均匀分布的火箭射流，均布的火箭射流有效缩短射流与空气来流掺混所需的长度，提高火箭冲压组合动力的推力；整流格栅的薄壁中开有供应流道，供应流道包括燃料供应流道和氧化剂供应流道，供应流道为微型引射火箭供应所需的推进剂；微型喷注器安装于整流格栅的壁面交汇处，微型喷注器设有燃料接口和氧化剂接口，分别与燃料供应流道和氧化剂供应流道连通，微型喷注器在微型引射火箭燃烧室内形成壁面冷却膜，以降低微型引射火箭的热防护难度；微型喷注器的中心设有通孔用于安装微型火花塞的点火头；整流后的空气来流与均匀分布的火箭射流在掺混扩压段剪切掺
2.如权利要求1所述一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，其特征在于：微型引射火箭的材料采用耐高温材料；微型引射火箭的流量、燃烧室压力和推力可调，以满足火箭冲压组合动力不同飞行阶段的推力需求。
3.如权利要求1所述一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，其特征在于：若干个微型引射火箭安装于整流格栅气流孔之间的薄壁上，且位于整流格栅出口处，同时应均匀分布，以产生多股均匀分布的火箭射流，从而更好地与整流后的空气来流进行掺混，使得掺混后进入冲压燃烧室的气流能够更为均匀；微型引射火箭的尺寸在保证性能的基础上，尽可能地小，并使得射流的直径尺寸减小，从而缩短火箭射流与空气来流均匀掺混所需的长度。
4.如权利要求1所述一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，其特征在于：整流格栅的气流孔截面采用多边形或圆形；整流格栅气流孔之间的壁面应尽量薄，以降低气流损失。
5.如权利要求4所述一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，其特征在于：所述多边形为正六边形或正八边形。
6.如权利要求1所述一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，其特征在于：燃料供应流道和氧化剂供应流道设置于整流格栅的薄壁之中，供应流道宽度不小于1.5mm，整流格栅安装微型引射火箭位置的壁面相对较厚，以保证该处能够设置供应流道，以实现微型引射火箭推进剂的供应；供应流道与整流筒段以及微型喷注器上的燃料与氧化剂接口连通，同时保证连接处的密封；流道之间严格隔绝，在到达微型引射火箭燃烧室之前燃料和氧化剂不相互接触。
7.如权利要求1所述一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，其特征在于：微型喷注器设有环形喷注槽或喷注孔，用于在微型引射火箭的内壁面上产生冷却膜；微型喷注器的中心设有通孔，用于安装微型火花塞；微型喷注器选择与微型引射火箭相同耐高温材料，以便更好地与微型引射火箭连接固定。
8.如权利要求1所述一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，其特征在于：微型火花塞设有相对较长的点火头，用于伸进微型喷注器的通孔，使产生的电火花能到达燃料和氧化剂掺混的区域，实现微型引射火箭点火。
9.如权利要求1所述一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，其特征在于：掺混扩张段的长度以及扩张角根据火箭射流与空气来流掺混均匀所需的距离，以及总压损失要求和重量要求进行选取，长度为微型引射火箭喷管出口直径的8～15倍或更长。
...【技术特征摘要】
1.一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，其特征在于包括微型引射火箭、整流格栅、燃料供应流道、氧化剂供应流道、微型喷注器、微型火花塞、整流筒段、掺混扩压段；整流筒段与掺混扩压段连接；火箭冲压组合动力燃烧室所需的空气来流经由上游的进气道进入整流筒段；整流筒段中安装有整流格栅和若干个微型引射火箭，所述整流格栅用于对进入的不均匀的空气来流进行整流，以降低气流畸变度，改善均匀度；若干个微型引射火箭安装在整流格栅气流孔之间的薄壁上，并在整流格栅的出口处均匀分布，均匀分布的微型引射火箭产生均匀分布的火箭射流，均布的火箭射流有效缩短射流与空气来流掺混所需的长度，提高火箭冲压组合动力的推力；整流格栅的薄壁中开有供应流道，供应流道包括燃料供应流道和氧化剂供应流道，供应流道为微型引射火箭供应所需的推进剂；微型喷注器安装于整流格栅的壁面交汇处，微型喷注器设有燃料接口和氧化剂接口，分别与燃料供应流道和氧化剂供应流道连通，微型喷注器在微型引射火箭燃烧室内形成壁面冷却膜，以降低微型引射火箭的热防护难度；微型喷注器的中心设有通孔用于安装微型火花塞的点火头；整流后的空气来流与均匀分布的火箭射流在掺混扩压段剪切掺混，以提高混合气体的总温总压，减速增压，使之与冲压燃烧所需的速度和压力匹配，从而为后续的冲压燃烧提供所需的气流，使火箭冲压组合动力产生更大的推力；掺混扩压段的截面面积随气流流动方向逐渐扩大，掺混扩压段的出口直径与冲压燃烧室入口的直径相适应。
2.如权利要求1所述一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，其特征在于：微型引射火箭的材料采用耐高温材料；微型引射火箭的流量、燃烧室压力和推力可调，以满足火箭冲压组合动力不同飞行阶段的推力需求。
3.如权利要求1所述一种带有引射火箭的冲压燃烧室整流装置，其特征在于：若干个微型引射火箭安装于整流格栅气流孔之间的薄壁上，且位于整流格栅出口处，同时应均匀分布，以产生多股均匀分布的火箭射流，...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄玥，刘和东，陈玉乾，张泽林，尤延铖，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：
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