[发明专利]超声速混合增强装置

说明书

超声速混合增强装置，包括设置在两股超声速气流的超声速流道之间的混合增强板，混合增强板的上侧板面上设置有由上侧板面向下侧板面凹进的凹腔，凹腔之后直至混合增强板末端的一段混合增强板称为震荡板；混合增强板其中：混合增强板上方为供第一股超声速气流流过的第一超声速流道，混合增强板下方为供第二股超声速气流流过的第二超声速流道，第一股超声速气流在混合增强板的上方顺着混合增强板的长度方向流向混合增强板的末端，第二超声速气流在混合增强板的下方顺着混合增强板的长度方向流向混合增强板的末端，第一股超声速气流和第二股超声速气流在混合增强板的末端外实现增强混合。本发明利用超声速气流本身的能量，达到主动混合增强的效果。

技术领域

本发明涉及航空航天领域的混合增强装置，尤其涉及一种利用自激震荡进行超声速混合增强的装置。

背景技术

在航空航天发动机中，广泛涉及到两股气流进行混合的情况。例如在涡扇发动机的加力燃烧室中，需要中心燃气与外涵空气进行混合。在火箭基组合循环发动机的燃烧室中，需要火箭燃气与冲压空气进行混合。高效混合是提高这类发动机性能的关键技术之一，有两种增强混合的方式：被动混合增强和主动混合增强。

被动混合增强技术依靠流道或者隔板的形状变化诱导产生不稳定涡结构，实现混合增强。典型的被动混合增强装置有波瓣、三角翼、凸片等。论文(Knowles K.,SaddingtonA J.A review of jet mixing enhancement for aircraft propulsionapplications.PIME Part G Journal of Aerospace Engineering,2006,220(2):103-127)给出了一种用于航空发动机出口的波瓣混合器，如图1所示。图1是波瓣式被动混合增强装置，内层燃气和外层空气通过波瓣进行混合。在亚声速条件下，与普通的轴对称圆形出口的喷管相比，波瓣混流器可以将掺混效果提高两倍。

主动混合增强是指通过施加外部主动激励，激发流动不稳定性，对流场中的涡结构进行调制，达到增强不同流体之间混合的目的。激励的频率、幅值和位置对混合层增长特性有重要影响。根据激励方式的不同，可以分为结构扰动、等离子体、合成射流等主动混合增强措施。论文(Freeman P.,Catrakis J.Active control of mixing in turbulentseparated shear layers and effects of forcing on the fractal geometry ofscalar interfaces.Journal of Turbulence,2009,10(32):1-19)将介质阻挡放电等离子体气体激励应用到低速不可压湍流混合层的流动控制中，用交变电流脉冲和纳秒级脉冲高压下的等离子体实现流动控制，获得了较高的混合层增长率，如图2所示。图2是采用等离子激励的主动混合增强措施，上层是空气1，下层是富燃燃气2，二者通过基板4隔开；高压紫铜电极7和接地紫铜电极3之间通过放电介质5隔开；当在高压紫铜电极7上施加交变电流时，会激发放电介质5生成等离子体6；脉动的等离子体6使得空气1的能量发生震荡，从而增加了混合。

但是，上述两类混合增强装置均难以在超声速气流中实用。被动混合增强一是由于产生了激波等原因，流动阻力大；二是由于超声速强可压缩性抑制了混合层增长，混合增强效率低。主动混合增强一是由于需要外加激励装置，结构复杂，且难以实际安装；二是其激励的频率和幅值基本固定，适应性差。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种超声速混合增强装置。本发明利用超声速气流经过凹腔时会出现自发不稳定，该不稳定压力导致其后的平板出现震荡。也就是利用超声速气流本身的能量，达到主动混合增强的效果。本发明具有结构简单、混合效率高的优点。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：