[发明专利]一种变几何超声速燃烧室

说明书

本发明公开了一种变几何超声速燃烧室方案，在飞行马赫数3.0‑8.0范围内，燃烧室几何构型可变。随着飞行马赫数增加，燃烧室中心体向前平移，燃烧室容积减小，压比升高。反之，随着飞行马赫数降低，中心体向后平移，燃烧室容积增加，压比降低。防止燃烧室内压力升高向前扰动从而导致进气道不起动。

技术领域

本发明涉及高超声速发动机领域，具体地说,涉及一种变几何超声速燃烧室概念。

背景技术

目前，高超声速飞行器研究越来越受到各国重视，逐渐成为各航空航天大国争先研究的热点领域。并联式TBCC组合发动机作为高超声速飞行器可选方案之一，具有可水平起降、可重复使用等诸多优势，在加速和巡航阶段灵活调整需求推力，具有良好的应用背景。其主要挑战之一在于涡轮发动机和超燃冲压发动机能否实现速度和推力的有效接续。目前现货涡轮发动机的最高工作马赫数上限通常为2.2-2.5，提高其工作上限面临诸多挑战；而超燃冲压发动机工作马赫数下限为3.5-4.0，可以从降低高速通道工作马赫数下限的角度来考虑进行低高速通道的速度和推力的转换。燃烧室作为超燃冲压发动机的核心部件之一，是提高超燃冲压发动机总体性能的关键。为了获得燃烧室的高效燃烧室和高性能，通常通过燃烧组织技术和变几何结构来实现。本发明结合供油规律和调整燃烧室结构提出了一种变几何超声速燃烧室结构。

变几何燃烧室是指通过机械调节结构改变燃烧室内流道形状和容积，实现亚声速和超声速模下的高效稳定燃烧，以及通过前后平移改变燃烧室容积以适应不同状态下的背压，使得超燃冲压发动机在宽马赫数下均能获得高性能。法俄合作开展的完全变几何冲压发动机WRR，可实现在Ma＝2-12范围内工作。但其结构复杂，密封困难。2003年，法国MBDA公司的F.Falempin等人和俄罗斯理论与应用机械协会(Institute of Theoretical andApplied Mechanics)的M.Goldfeld等人提出了一种新的简单完全变几何双模态超燃冲压发动机方案(PIAF移外罩变几何冲压发动机概念)，该方案由于下壁面可前后上下移动，给固定装置设计及冷却结构的设计带来了困难。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种变几何超声速燃烧室；通过电机带动平移下壁面中心体，实现不同飞行马赫数下燃烧室构型的转变来适应不同背压避免压力扰动干扰进气道的工作，并提高燃烧室性能和燃烧效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:在燃烧室下壁面设置一可移动的中心体。通过前后平移中心体改变燃烧室内型面及扩张比。以满足不同来流条件及不同背压，并使燃烧室性能及燃烧效率得到提高。

有益效果是在飞行马赫数Ma＝3.0-8.0条件下采用变几何超声速燃烧室结构能够有效防止燃烧室由于燃烧释热导致的静压升高迅速向前扰去，干扰进气道的工作，导致进气道不起动。该变几何超声速燃烧室在3.0-8.0范围内能够稳定高效燃烧，将超声速燃烧室工作下限拓宽到飞行马赫数3.0。

本发明提出的一种变几何超声速燃烧室，通过本发明提出的一种变几何超声速燃烧室，通过平移下壁面中心体的方法控制燃烧室内型面及扩张比。实现低马赫数状态下燃烧室正常工作。避免燃烧室在工作过程中由于燃烧产生的背压增加向前扰动到进气道，导致进气道不起动。

本发明变几何超声速燃烧室方案，按照等动压轨道飞行马赫数3.0-8.0，高度16-25km条件下的来流参数，调整燃烧室几何构型以满足不同条件下的要求。燃烧室变几何构型只有一个自由度，降低了机械调节结构的复杂度。表1等动压轨道飞行马赫数3.0-8.0状态下由固定几何进气道计算得到的燃烧室入口参数，表2为本发明计算煤油燃料变几何超声速燃烧室的性能参数。

表1

表2