专利名称：一种带前缘气缝结构的超燃冲压发动机火焰稳定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及超燃冲压发动机的技术领域，具体涉及一种带前缘气缝结构的超燃冲压发动机火焰稳定装置，是对燃烧室内传统的凹槽火焰稳定器的一种优化设计。
背景技术：
超燃冲压发动机在高马赫数下具有较高的比冲。在超燃燃烧室中，流动速度很大，滞留时间仅几毫秒，在如此短的时间内完成燃料的混合、点火、燃烧是十分困难的，所以必须在引入恰当的火焰稳定措施。近年来，凹槽结构作为集火焰稳定、混合增强、燃料匹配多功能为一体的稳焰手段，受到了广泛的重视。上世纪九十年代，俄罗斯中央航空局(CIAM)在超燃冲压发动机中应用凹槽火焰稳定器装置。该装置通过凹槽结构形成一个较大的、稳定的回流区，利用回流区内的高温、低速环境使得空气与部分燃料混合燃烧，形成一个稳定的 点火源，进而将火焰传播至燃烧室主流。然而，凹槽火焰稳定器作为一种壁面稳焰装置，凹槽内流场相对于主流较为“封闭”，凹槽内外的物质能量交换较少，从而存在与主流空气的混合问题。为改善凹槽火焰稳定器的混合特性，研究者们试图通过燃料喷口或扰流器的设置，增加凹槽剪切层厚度来加大凹槽气流与主流的质量交换律，但这些方法将会引入额外的总压损失，影响凹槽内气流的流动，可能对凹槽的稳焰性能带来负面影响。综上所述，传统的凹槽火焰稳定器在稳定火焰的同时，存在气流掺混效果差、火焰传播范围较小的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是克服现有的技术不足，在对整个燃烧时的总压损失影响较小的前提下，增大凹槽火焰稳定器与主流的掺混效果，同时兼顾结构简单，不增加
额外重量。本发明所采用的技术方案是一种带前缘气缝结构的超燃冲压发动机火焰稳定装置，该装置包括超燃燃烧室内的超燃凹槽火焰稳定器，超燃凹槽火焰稳定器前方的燃料喷口，超燃燃烧室的主流道以及凹槽前缘气缝，其中，位于超燃燃烧室主流道的超燃燃烧室主流道气流通过凹槽前缘气缝进入超燃凹槽火焰稳定器内，凹槽前缘气缝内气流的进入对超燃凹槽火焰稳定器的凹槽内流动造成扰动，增大凹槽内外的质量交换律。所述的凹槽前缘气缝在超燃凹槽火焰稳定器的凹槽内距离凹槽底端的高度为3-6mm，气缝内气流进口距离凹槽前缘的高度为O-lmm。所述凹槽前缘气缝的宽度为1mm，所述的凹槽前缘气缝几何中心线与超燃燃烧室的主流道几何中心线之间的夹角为17°C，所述的凹槽前缘气缝在超燃凹槽火焰稳定器的凹槽内距离凹槽底端的高度为6mm，气缝内气流进口距离凹槽前缘的高度为Omm。本发明的原理如下在传统的超燃凹槽稳定器基础上，引入前缘气缝结构，即在凹槽前缘开一道斜缝，连通凹槽前方流道与凹槽内流场，增强凹槽内外气流的混合及质量的交换率。当主流道气流经过气缝结构时，沿主流道壁面附近的气流通过斜缝进入凹槽内部，使得超燃凹槽内的气流量增大。同时，超燃凹槽火焰稳定器前端的气缝内通过的气流对超燃凹槽与主流道气流之间的剪切层造成扰动，使得其剪切层的发展更为充分，增大超燃凹槽内外的质量交换率。在超燃凹槽前方存在燃料喷口的情况下，超燃凹槽火焰稳定器前端气缝结构的存在能将部分燃料引入凹槽，保证凹槽火焰稳定器的正常工作，改善燃料分布。本发明与传统超燃凹槽火焰稳定器相比的优点在于(I)本发明可增强超燃凹槽火焰稳定器的掺混效果；(2)本发明的超燃凹槽火焰稳定器前缘气缝结构的气缝宽度、气缝进出口高度可以进行灵活调整，进而使得通过超燃凹槽火焰稳定器前缘气缝进入超燃凹槽的气流在超燃凹槽内形成最佳的燃烧组织方式；(3)本发明结构简单，对超燃燃烧室的流场影响较小，流动损失小。
图I为传统超燃凹槽火焰稳定器的结构剖面图(以下简称Baseline)；图2为本发明的带前缘气缝结构且气缝进口高度为Omm时(以下简称HO)的超燃 凹槽火焰稳定器的结构剖面图；图3为本发明的带前缘气缝结构且气缝进口高度为Imm时(以下简称Hl)的超燃凹槽火焰稳定器的结构剖面图；图4为不同压力条件下三种超燃凹槽火焰稳定器结构(包含Baseline、HO、Hl)的压力损失对比图；图 4 (a)Pi=0. 81MPa，图 4 (b)Pi=l. 21MPa ；图5为三种凹槽火焰稳定器结构(包含BaSeline、H0、Hl)的混合效率对比图；图5(a) Pi=O. 8IMPa,图 5 (b) Pi=L 2IMPa ；图6分别为三种凹槽火焰稳定器结构(包含Baseline,即图6 (a);H0,即图6 (b)；H1，即图6 (c))的涡量第一阶段的分布图；图7分别为三种凹槽火焰稳定器结构(包含Baseline，即图7 (a);H0，即图7 (b)；H1，即图7 (c))的涡量第二阶段的分布图；图8分别为三种凹槽火焰稳定器结构(包含Baseline,即图8 (a);H0,即图8 (b)；H1，即图8 (C))的涡量第三阶段的分布图。其中，图I、图3的结构与图2相似，取相同的标号，剖面图2中的标号说明如下I.超燃凹槽火焰稳定器，2.超燃燃烧室主流道，3.凹槽前缘气缝，4.超燃燃烧室主流道气流，5.凹槽前缘气缝内气流，6.燃料喷流，7.超燃凹槽火焰稳定器前方的燃料喷□。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施方式
详细说明本发明。本发明首先提供无前端燃料喷口的实施例，由于不同压力条件下，供油量有所不同，本发明的实施例在两种压力条件进行，即O. SlMPa和1.21MPa。其中，超燃燃烧室主流道2及超燃凹槽火焰稳定器I的结构与传统凹槽火焰稳定器相同，在HO和Hl结构的超燃凹槽火焰稳定器I前端引入凹槽前缘气缝3，超燃燃烧室主流道气流4通过凹槽前缘气缝3进入超燃凹槽火焰稳定器I内，达到增大凹槽内外质量交换率的作用，如附表I所示。表I中列出两种压力条件下超燃凹槽火焰稳定器I的进出口流量，其中，圆圈的数据标明不同压力条件下，带前缘气缝结构的超然凹槽火焰稳定器I净出口流量均大于传统凹槽结构。
表I为不同压力条件下凹槽净出口流量；
权利要求
1.一种带前缘气缝结构的超燃冲压发动机火焰稳定装置，其特征在于该装置包括超燃燃烧室内的超燃凹槽火焰稳定器(I )，超燃凹槽火焰稳定器前方的燃料喷口(7)，超燃燃烧室的主流道(2)以及凹槽前缘气缝(3)，其中，位于超燃燃烧室的主流道(2)的超燃燃烧室主流道气流(4)通过凹槽前缘气缝(3)进入超燃凹槽火焰稳定器(I)内，凹槽前缘气缝内气流(5)的进入对超燃凹槽火焰稳定器(I)的凹槽内流动造成扰动，增大凹槽内外的质量交换律； 所述凹槽前缘气缝在超燃凹槽火焰稳定器(I)的凹槽内距离凹槽底端的高度为3-6mm，气缝内气流进口距离凹槽前缘的高度为O-lmm。
2.根据权利要求I所述的一种带前缘气缝结构的超燃冲压发动机火焰稳定装置，其特征在于所述的凹槽前缘气缝(3)的宽度为1mm，所述的凹槽前缘气缝几何中心线与超燃燃烧室的主流道(2)几何中心线之间的夹角为17°C，所述的凹槽前缘气缝在超燃凹槽火焰稳定器(I)的凹槽内距离凹槽底端的高度为6mm，气缝内气流进口距离凹槽前缘的高度为O-Imm。
全文摘要
本发明提供一种带前缘气缝结构的超燃冲压发动机火焰稳定装置，该装置在传统超燃凹槽火焰稳定器的基础上，引入凹槽前缘气缝结构，即在凹槽前缘开一道斜缝，连通凹槽前方流道与凹槽内流场。该凹槽前缘气缝结构的引入，将带动流道壁面附近的气流通过斜缝进入凹槽内，增大凹槽内部的气流量。由于凹槽前方存在燃料喷口，气缝结构的存在可将部分燃料引入凹槽，燃料滞留时间增加且增强凹槽内外的掺混作用，保证了凹槽火焰稳定器的正常工作。
文档编号F02K7/10GK102877984SQ20121041183
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者刘玉英, 金劲睿, 洪燕 申请人:北京航空航天大学