[发明专利]一种斜坡火箭布局方式的RBCC发动机燃烧室及其设计方法

说明书

一种斜坡式火箭布局方式的RBCC燃烧室及其设计方法，燃烧室从空气入口到燃烧产生的燃气出口依次为隔离段、火箭斜坡安装段、扩张段；从空气入口到燃烧产生的燃气出口依次为隔离段、火箭斜坡安装段、扩张段；火箭推力室安装在所述的火箭斜坡安装段，使得火箭射流与冲压主流三侧接触且火箭射流位于扩张段火焰前锋之前，利用火箭射流实现燃烧室点火及火焰稳定，避免了台阶火箭布局方式未能有效利用火箭高温高焓活性射流点火及火焰稳定的问题。

技术领域

本发明涉及一种用于高超声速飞行器组合动力系统的燃烧装置，特别是用于火箭基组合循环(Rocket Based Combined Cycle,RBCC)发动机实现燃料化学能向气流内能高效转化的燃烧装置。

背景技术

火箭布局方式对RBCC发动机燃烧室结构、工作范围及性能有着重要的影响。目前，国内外所采用的RBCC发动机燃烧室火箭布局方式分为两种：1)台阶火箭布局，火箭布置于燃烧室一侧，火箭射流与冲压主流单侧接触，两股气流气动上相对解耦，使得燃烧室设计与进气道设计相对独立，降低了燃烧室设计难度。但台阶火箭布局方式未有效利用火箭高温高焓活性射流点火及火焰稳定能力，且燃烧室结构利用率低。2)支板火箭布局，火箭布置于燃烧室中心，火箭射流与冲压主流双侧接触，两股气流气动耦合紧密，能够利用火箭高温高焓活性射流实现燃烧室点火及火焰稳定，采用支板火箭布局方式燃烧室结构利用率高，燃烧室长度一般较小。但是，燃烧室采用支板火箭布局，燃烧室与进气道设计耦合性高，使得发动机设计缺乏灵活性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服在现有RBCC发动机燃烧室火箭布局方式无法兼顾利用火箭高温高焓活性射流实现燃烧室点火及火焰稳定及对进气道类型无约束的矛盾，提供一种用于RBCC发动机燃烧室的斜坡火箭布局方式，可以利用火箭高温高焓活性射流实现燃烧室点火、火箭射流及火箭台阶双火焰稳定方案，并且适应于所有类型进气道。

本发明的技术解决方案是：一种斜坡式火箭布局方式的RBCC燃烧室，从空气入口到燃烧产生的燃气出口依次为隔离段、火箭斜坡安装段、扩张段；

火箭推力室安装在所述的火箭斜坡安装段，使得火箭射流与冲压主流三侧接触且火箭射流位于扩张段火焰前锋之前，利用火箭射流实现燃烧室点火及火焰稳定。

优选的，所述的火箭安装斜坡段位于隔离段与扩张段之间，主体为一个扩张段，在主体扩张段的流道中心从隔离段出口位置沿气流方向设置一火箭安装斜坡，所述的火箭安装斜坡的形状为楔形，火箭推力室安装在该斜坡上。

优选的，火箭安装斜坡段的主体扩张段的扩张角α2取值范围5°～10°。

优选的，所述的斜坡的扩张角ε2取值范围5-10°。

优选的，火箭安装斜坡的压缩角ε1取值范围10-15°。

优选的，所述的隔离段长度L1＝6～10H，隔离段扩张角α1＝0°～2°；所述的H为隔离段入口高度。

优选的，所述的扩张段的级数根据燃烧室飞行马赫数的范围确定。

优选的，对于飞行马赫数Ma0-7的RBCC燃烧室，采用两级扩张段，一级扩张段长度L3＝6～10H，扩张角α3＝2°～4°；二级扩张段长度L4＝6～10H，α4＝3°～5°；所述的H为隔离段入口高度。

优选的，所述的火箭为变工况火箭，在飞行马赫数Ma＝0～4工况，火箭最大工况工作，通过在二级扩张段内实现热力学壅塞组织燃烧；飞行马赫数Ma＝3.5～5.5，火箭射流关闭，通过在二级扩张段内实现热力学壅塞组织燃烧；飞行马赫数Ma＝5～7，火箭最小工况工作，于一级扩张段内组织中心燃烧并实现热力壅塞。

一种斜坡火箭布局方式RBCC发动机燃烧室的设计方法，通过下述方式实现：

(1)根据进气道设计结果，确定隔离段入口高度H及宽度W；