[发明专利]基于气动虚拟凹腔的超燃冲压发动机燃烧效率提高方法

说明书

本申请涉及一种基于气动虚拟凹腔的超燃冲压发动机燃烧效率提高方法。所述方法包括：根据预设的超燃冲压发动机参数，建立设置在燃料喷孔的下游燃烧室壁面上的喷孔喷出气体时燃烧室中的射流激波结构模型。根据射流激波结构模型中的弓形基波和台阶后缘在燃烧室中形成的气动虚拟凹腔的参数，建立喷孔的喷孔结构参数和发动机燃烧效率值的关系函数。喷孔结构参数包括位置参数、数量参数、气流角度参数、气流流速参数和气流流量参数。根据预设的燃烧效率目标值得到对应的喷孔结构参数，根据得到的喷孔结构参数在燃烧室壁面上设置喷孔。上述方法能够提升燃烧效率，解决真实凹腔冷流内阻大的问题，以及解决真实凹腔后缘热防护压力大的问题。

技术领域

本申请涉及超燃冲压发动机设计技术领域，特别是涉及一种基于气动虚拟凹腔的超燃冲压发动机燃烧效率提高方法。

背景技术

传统的超燃冲压发动机工作过程为：高超声速来流经过进气道和隔离段压缩后，以超声速进入燃烧室与燃料进行掺混燃烧；燃烧产物经过尾喷管膨胀加速排出以产生推力。超声速燃烧室中燃料与来流的高效掺混燃烧技术是超燃冲压发动机的关键技术之一，直接关乎发动机性能高低。

凹腔已被证实是能够用于超燃冲压发动机促进掺混和燃烧的有效结构，凹腔通过形成一个低速高压回流区能够有效促进燃料与主流掺混燃烧。但是使用由壁面结构形成的真实凹腔一方面会增加燃烧室的冷流内阻；另一方面，真实凹腔的后缘往往是激波聚集和燃烧释热猛烈的关键区域，使得该区域热防护压力较大。因此基于凹腔的超声速燃烧室增混促燃技术一直是超燃冲压发动机技术领域有待进一步解决的关键技术。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够避免真实凹腔技术缺陷的一种基于气动虚拟凹腔的超燃冲压发动机燃烧效率提高方法。

一种基于气动虚拟凹腔的超燃冲压发动机燃烧效率提高方法，包括：

根据预设的超燃冲压发动机参数，建立设置在燃料喷孔的下游燃烧室壁面上的喷孔喷出气体时燃烧室中的射流激波结构模型。

根据射流激波结构模型中的弓形激波和台阶后缘在燃烧室中形成的气动虚拟凹腔的参数，建立喷孔的喷孔结构参数和发动机燃烧效率值的关系函数。喷孔结构参数包括位置参数、数量参数、气流角度参数、气流流速参数和气流流量参数。

根据预设的燃烧效率目标值得到对应的喷孔结构参数，根据得到的喷孔结构参数在燃烧室壁面上设置喷孔。

一种基于气动虚拟凹腔的超燃冲压发动机燃烧效率提高装置，包括：

射流激波结构建模模块，用于根据预设的超燃冲压发动机参数，建立设置在燃料喷孔的下游燃烧室壁面上的喷孔喷出气体时燃烧室中的射流激波结构模型。

燃烧效率函数生成模块，用于根据射流激波结构模型中的弓形激波和台阶后缘在燃烧室中形成的气动虚拟凹腔的参数，建立喷孔的喷孔结构参数和发动机燃烧效率值的关系函数。喷孔结构参数包括位置参数、数量参数、气流角度参数、气流流速参数和气流流量参数。

喷孔参数计算模块，用于根据预设的燃烧效率目标值得到对应的喷孔结构参数，根据得到的喷孔结构参数在燃烧室壁面上设置喷孔。

一种基于气动虚拟凹腔的超燃冲压发动机，包括气动虚拟凹腔产生部件，气动虚拟凹腔产生部件包括设置在燃料喷孔的下游燃烧室壁面上的喷孔，喷孔用于向燃烧室中喷入横向气流，利用横向气流在燃烧室中的射流激波结构产生气动虚拟凹腔。

其中一个实施例中，气动虚拟凹腔产生部件还包括冷却剂储箱和冷却剂导管。冷却剂储箱和冷却剂导管连接，冷却剂导管和喷孔连接，冷却剂储箱用于存储冷却剂，并通过冷却剂导管和喷孔将冷却剂注入燃烧室。

其中一个实施例中，冷却剂为惰性气体，包括超临界CO2，超临界水或普通液态水。