[发明专利]一种提升超燃燃烧室内燃料喷射和掺混的设计方法

权利要求书

1.一种提升超燃燃烧室内燃料喷射和掺混的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

1)设有超燃燃烧室、半球体涡流发生器、圆形燃料喷嘴、膨胀段、等熵压缩段；所述超燃燃烧室为常规矩形燃烧室,其内流通道截面呈矩形,通道内主流为超声速空气；所述半球体涡流发生器紧贴超燃燃烧室壁面，安装在圆形燃料喷嘴上游，所述圆形燃料喷嘴整体呈现收敛状，燃料通过圆形喷嘴能够垂直喷注入超燃燃烧室内，其中轴线与半球体涡流发生器中轴线共线；所述膨胀段位于超燃燃烧室上壁面；根据所需燃料总流量确定圆形燃料喷嘴的直径和个数，并对仅带有单个圆形燃料喷嘴的算例进行数值计算，获得燃料的扩散直径以及壁面边界层发展规律；

2)确定半球体涡流发生器的直径以及位置，确保半球体涡流发生器的直径等于燃料最大扩散直径，以保证其产生的涡系结构能够覆盖整个燃料与空气的掺混区域，同时依据步骤1)获得的壁面边界层厚度发展规律，将半球体涡流发生器安置于壁面边界层厚度为0.3～0.5倍的半球体涡流发生器直径的壁面处，由此确定半球体涡流发生器在燃烧室壁面上的位置，并对仅带有单个半球体涡流发生器的算例进行数值计算，获得半球体涡流发生器涡系结构的发展规律；

3)确定圆形燃料喷嘴与半球体涡流发生器之间的中心距；

4)确定相邻两个半球体涡流发生器的中心距；

5)确定膨胀段的转折角、长度和距燃烧室入口的位置；根据燃烧室来流马赫数和圆形燃料喷嘴的位置，通过调整膨胀段转折角、长度以及转折起点与超燃燃烧室入口的距离，确保由其产生的膨胀激波扇面能够尽量覆盖整个燃料与空气掺混区域；

6)采用等熵压缩段过渡连接膨胀段和超燃燃烧室上壁面，进而完成整个超燃燃烧室喷射系统构造的设计，所设计的超燃燃烧室喷射系统构造提升了超燃燃烧室内燃料喷射和掺混。

2.如权利要求1所述一种提升超燃燃烧室内燃料喷射和掺混的设计方法，其特征在于在步骤3)中，所述确定圆形燃料喷嘴与半球体涡流发生器之间的中心距的具体方法为：根据步骤1)获得的圆形燃料喷嘴燃料扩散直径和步骤2)得到的半球体涡流发生器涡系结构的发展规律，确保圆形燃料喷嘴出口处的燃料扩散直径与半球体涡流发生器在该位置的涡结构直径相同，由此确定圆形燃料喷嘴与半球体涡流发生器之间的距离。

3.如权利要求1所述一种提升超燃燃烧室内燃料喷射和掺混的设计方法，其特征在于在步骤4)中，为了确保相邻两个半球体涡流发生器产生的涡系结构之间不发生相互干涉，相邻两个半球体涡流发生器的中心距取2～2.2倍半球体涡流发生器直径。