[实用新型]一种圆形结构的中心火箭式双模态冲压发动机

说明书

技术领域

本实用新型涉及吸气式高超声速双模态冲压发动机结构，具体地说，涉及一种具有中心支板火箭的圆形结构双模态冲压发动机。属于火箭发动机技术领域，适用于大直径尺寸高性能的双模态冲压发动机。

背景技术

双模态冲压发动机的研究过程中，如何在较大尺度的燃烧室内实现可靠点火、高效燃烧和发动机与飞行器的高度一体化成为最关键的问题。目前常用的双模态冲压发动机设计方法是燃烧室采用横截面为矩形的二元结构，点火方式有诱导火焰点火、火炬点火、点火器强制点火等(《推进技术》，Vol.25，No.6，2004，566-569)。如文中所述，其中诱导火焰和火炬点火需要氢气等额外的燃料供应，这会导致系统较为复杂，而且可靠点火的范围与煤油当量比有关；而点火器强制点火由于点火能量所限，点燃煤油的成功率不高。在各种火焰稳定方案中，由于凹腔可以集燃料喷射、混合和火焰稳定为一体(《JOURNAL of PROPULSION AND POWER》，Vol.20，No.5，2004，769-778)，得到了广泛的应用。但是凹腔长、深比与燃料当量比等均对火焰稳定性能有较大影响，而且单凹腔的火焰稳定范围有限，难以在整个燃烧室流道中保持良好的火焰稳定性能。通过研究发现目前的双模态冲压发动机研究过程中所存在以下缺点：第一，点火和稳定工作范围比较窄，就目前而言，碳氢燃料双模态冲压发动机只能在来流马赫4～7范围内稳定工作；第二，火焰稳定区域范围较小，采用的凹腔火焰稳定器和壁面诱导火焰等稳焰范围仅限于燃烧室的近壁面区域，只能适用于当量直径小于200mm的小尺寸发动机，限制了工程领域大尺寸发动机的应用；第三，二元结构燃烧室不利于与目前先进的流线追踪进气道和飞行器进行集成，并且容易形成应力集中，不利于加工制造。

实用新型内容

为克服现有技术中点火和稳定工作范围较窄，火焰稳定区域范围有限，限制大尺寸发动机的工作性能的不足，本实用新型提出一种圆形结构的中心火箭式双模态冲压发动机，这种适用于大尺寸结构的双模态冲压发动机，采用圆形结构燃烧室，在隔离段中安装中心火箭，采用小支板组进行喷射二次燃料，其结构简单、易于加工，操作安全可靠。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的方案是：包括设备喷管、隔离段、主支板、中心火箭、小支板、一级燃烧室、凹腔、二级燃烧室、扩张段；隔离段、一级燃烧室、二级燃烧室、扩张段采用螺纹连接贯通，其横截面均为圆形结构；设备喷管安装在隔离段之前，用于模拟真实发动机中的进气道压缩作用。主支板设置在隔离段中，为了保证流场的对称性，沿着隔离段的对称面上下贯穿；中心火箭安装在主支板尾部，火箭喷管的出口位于主支板尾部截面上；小支板和凹腔分别安装在两级燃烧室壁面上。

所述的主支板和小支板为楔形迎风面、带后掠角的结构，喷嘴位置分别位于迎风面和侧壁面上。

所述的小支板为四个，沿一级燃烧室内壁面周向均布安装。具体安装位置和数量可根据需要进行调整。

所述的凹腔为四个，沿二级燃烧室内壁面周向均布，凹腔的长深比为5。凹腔的主要作用是为稳定火焰。

本实用新型的燃烧室和扩张段的设计原则为：一级燃烧室取短长度、小角度扩张结构；二级燃烧室的长度和扩张角均适中；扩张段取大长度和大扩张角结构。

支板的作用主要是进行燃料喷射，提高燃料穿透度，其结构和喷射方案均可进行调节，两级燃烧室上均可安装支板，本实用新型所采用的仅在一级燃烧室上沿周向均布四个小支板。

本实用新型具体实施方法是：首先开启中心火箭，高温富燃燃气作为点火源；然后在燃烧室中喷射二次燃料，与来流空气组织二次燃烧。二次燃料的喷射为沿发动机轴向逐级喷射，其中一级燃烧室中由支板直接喷射，二级燃烧室中可由凹腔前喷射，也可在加装支板后，由支板喷射。

有益效果

本实用新型一种圆形结构的中心火箭式双模态冲压发动机，其工作特点有以下几方面：第一，中心支板火箭的高温富燃燃气可以作为有效的点火源及火焰稳定源，这样可以分别扩展发动机的工作上、下限；第二，可以通过燃烧室中的小支板进行燃料喷射，这样可以解决燃料穿透度和掺混问题；第三，圆形结构的发动机具有结构优势，更适用于大尺寸结构的双模态冲压发动机在实际工程应用。本发明结构简单、易于加工，操作安全可靠。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型一种圆形结构的中心火箭式双模态冲压发动机作进一步详细说明。

图1为本实用新型双模态冲压发动机的结构示意图。

图2为本实用新型的小支板的部位图。