[发明专利]一种基于组合燃烧规律的超燃冲压发动机

说明书

本发明公开了一种基于组合燃烧规律的超燃冲压发动机，所述超燃冲压发动机的燃烧室为由等面积段、等压段、等马赫数段和等温段这四个分段沿入口至出口方向依次连接组成的多级燃烧室，所述等面积段、等压段、等马赫数段和等温段分别使用等面积加热规律、等压加热规律、等马赫数加热规律和等温加热规律；在每个分段的入口处均设置有一个燃油喷注点。相比现有技术，本发明可有效提高超燃冲压发动机性能，同时保证发动机不超温，不超压，不会产生热雍塞。

技术领域

本发明涉及高超声速飞行器建模与控制领域，尤其涉及一种超燃冲压发动机。

背景技术

高超声速飞行器(Hypersonic Vehicle)一般是指来流马赫数大于5的飞行器。它以自身的速度优势和破防能力等优点受到世界各国青睐。为了使高超声速飞行器具有更好的性能，其动力装置通常采用超燃冲压发动机。燃烧室是超燃冲压发动机的重要组成部件，其工作性能和加热规律对超燃冲压发动机的推力性能和比冲性能影响很大。

针对超燃冲压发动机及其燃烧室的建模与仿真，国内外已经进行不少研究。Ferri通过燃烧试验提出了加热规律与燃烧室形状相匹配的问题，在设计燃烧室需要考虑空气动力与完整燃烧过程(燃料喷注、混合以及燃烧)匹配，因此，在超燃冲压发动机热力循环过程研究中对其加热过程进行了大量分析[Ferri A,Fox H.Analysis of fluid dynamics ofsupersonic combustion process controlled by mixing[J].Symposium onCombustion,1969,12(1):1105-1113]。H.Ikawa用面积扩张因子法来建立超燃冲压发动机燃烧室模型，可以进行燃烧室计算和性能评估[Ikawa H.Rapid methodology for designand performance prediction of integrated supersonic combustion ramjet engine[J].Journal of Propulsion and Power,1991,7(3):437-444]。Kummtnitha为了提高超声速气流与氢燃料的混合效率，采用无源技术，通过在燃烧室底部设计不同类型的表面，提高了超燃冲压发动机燃烧室的混合效率，从而提高了燃烧效率[Kummitha O R.Numericalanalysis of passive techniques for optimizing the performance of scramjetcombustor[J].International Journal of Hydrogen Energy,2017,42(15):10455-10465]。国内很多院校针对超燃冲压发动机模型做了一定的研究，哈尔滨工业大学的马继承以碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机为研究对象，开展了多目标控制方法研究。从控制角度出发研究了超燃冲压发动机燃烧室的超温及模态转换问题[马继承.碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机控制方法研究[D].哈尔滨工业大学,2020]。国防科学技术大学的吴先宇采用数值仿真和直连式试验等手段深入研究了超燃冲压发动机一体化流道设计优化问题,并全面地探讨了各设计因素对发动机部件和系统性能的影响[吴先宇.超燃冲压发动机一体化流道设计优化研究[D].国防科学技术大学,2007]。合肥工业大学的尤厚丰等人在考虑有限速率化学反应的准一维Euler方程的基础上，通过增加截面面积变化、壁面摩擦和添质的源项，发展了适用于超燃燃烧室性能分析的准一维计算方法[尤厚丰，张兵，李德宝.超燃冲压发动机燃烧室的准一维计算与分析[J].推进技术，2020，41(3)：623-631]。

综上可知，目前国内外在提高超燃冲压发动机燃烧室性能方面已有一定的研究成果，且大多基于等面积加热规律进行研究，也有某些研究基于等静压，等静温或者等马赫数加热规律进行研究。从热力循环角度分析并建立综合多种加热规律的多级燃烧室的研究尚属空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，结合多种热力循环特性，提供一种基于组合燃烧规律的超燃冲压发动机，可有效提高超燃冲压发动机性能，同时保证发动机不超温，不超压，不会产生热雍塞。