一种带梯形筋条和三角凸块的支板火焰稳定器

1.本发明涉及一种带梯形筋条和三角凸块的支板火焰稳定器，其可用于超燃冲压发动机的燃烧室，属于航空技术领域。


背景技术：

2.超燃冲压发动机因其在高马赫数下展现出的优良性能，逐渐成为高超声速飞行器的首选推进系统形式，受到各航空航天大国的关注。由于气流在发动机燃烧室内的驻留时间较短，如何使燃料的化学能在有限的空间和时间内最大限度地转化为热能，是超燃冲压燃烧室研究中的关键技术之一。超燃冲压燃烧室通常采用支板火焰稳定器建立回流区来增加燃料的掺混和混合气体的停留时间和反应时间，从而提高燃烧效率，缩短燃烧区的长度。支板火焰稳定器尾缘结构是超燃冲压燃烧室性能的重要影响因素。
3.常规支板火焰稳定器的燃料射流与超声速来流平行，燃料在空间的分布和掺混效率相对较差，导致完全燃烧距离变长，严重影响燃烧产物的膨胀程度。带尾部交错结构以及尾楔结构的支板通过在流场中引入大尺度的流向涡来强化燃料的对流扩散，但该类支板回流区范围显著减小，在流向涡的作用下，会导致燃烧不稳定，进而影响反应进程；同时，燃烧室的总压损失也急剧增大，严重影响了超燃冲压燃烧室的性能。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种带梯形筋条和三角凸块的支板火焰稳定器，在支板火焰稳定器的两侧面布置梯形筋条对，并在梯形筋条对后布置三角凸块，以提高燃料的掺混效率，扩大燃烧区域，缩短完全燃烧距离，并保持总压损失在可接受范围内。
5.本发明通过如下技术方案实现。
6.一种带梯形筋条和三角凸块的支板火焰稳定器，在支板火焰稳定器两侧面都布置3～5对梯形筋条，且在每对梯形筋条后布置一块三角凸块。
7.进一步，所述的支板火焰稳定器，弦长30～100mm，展长由具体发动机确定，主要由v型面、平直段、垂直尾缘和喷口组成；v型面夹角10
°
～20
°
，平直段在支板弦向长0～50mm，垂直尾缘高3～20mm，在垂直尾缘中间布置喷口，喷口直径0.4～3.5mm，相邻喷口间距2.4～12.5mm。
8.进一步，所述的梯形筋条侧面呈梯形，前缘高0.5～1mm，尾缘高是前缘高的2～3倍，厚1～2mm，长5～10mm，梯形筋条对呈内八字安装，安装角为135
°
～145
°
，前缘间距1～3mm,相邻梯形筋条对尾缘间距2～4mm，梯形筋条后缘距支板尾缘1～3mm。
9.进一步，所述的三角凸块呈等腰三角形，顶角为80
°
～100
°
，底边长6～10mm，高1～2.5mm，三角凸块在梯形筋条对后居中布置，底边距支板尾缘0～2mm，三角凸块与梯形筋条形成的通道始扩张通道。
10.与现有技术相比，本发明的优点和取得的有益效果为：
11.第一、燃烧区域大。常规支板火焰稳定器尾部产生回流区，在高速来流情况下，回
流区与支板两侧主流相互作用较弱。在常规支板火焰稳定器两侧布置梯形筋条后，引入侧流向涡，强化燃烧核心区与两侧主流的热质对流传输。在梯形筋条后布置三角凸块，增大三角凸块后的回流区域，并使流向涡对往主流侧偏移。从而增大了燃烧区域。
12.第二、燃烧速度快。在常规支板火焰稳定器两侧布置梯形筋条后，在回流区和主流之间引入侧流向涡，强化燃烧核心区与两侧主流的热质对流传输。在梯形筋条后布置三角凸块，增大三角凸块后的回流区域，并使流向涡对往主流侧偏移。从而扩大燃烧区域并提高火焰传播速度，实现回流区后稳定高效的燃烧。
13.第三，流阻损失小。相比带尾部交错结构以及尾楔结构的支板火焰稳定器，在常规支板火焰稳定器两侧布置梯形筋条和三角凸块，引起的流阻损失小，且燃烧区域大，燃烧速度快。
附图说明
14.图1为本发明中带梯形筋条和三角凸块的支板火焰稳定器的等轴视图。
15.图2为本发明中带梯形筋条和三角凸块的支板火焰稳定器的侧视图。
16.图3为本发明中带梯形筋条和三角凸块的支板火焰稳定器的俯视图。
17.图4为本发明中带梯形筋条和三角凸块的支板火焰稳定器的前视图。
18.图5为本发明中带梯形筋条和三角凸块的支板火焰稳定器的后视图。
19.图6为本发明中带梯形筋条和三角凸块的支板火焰稳定器下游横截面的温度分布。
20.图7为本发明中常规支板火焰稳定器下游横截面的温度分布。
21.图8为本发明中带梯形筋条和三角凸块的支板火焰稳定器下游横截面的流线图。
22.在附图中，1为v型面，2为平直段，3为垂直尾缘，4为喷口，5为梯形筋条，6为三角凸块；l1为支板展长，l2为支板弦长，l3为平直段在支板弦向长，l4为相邻喷口间距，l5为梯形筋条长，h1为垂直尾缘高，h2为梯形筋条前缘高，h3为梯形筋条后缘高，h4为三角凸块高，α1为v型面夹角，α2为梯形筋条对安装角，α3为三角凸块顶角，s1为梯形筋条对前缘间距，s2为相邻梯形筋条对尾缘间距，s3为梯形筋条后缘与支板尾缘间距，b1为三角凸块底边长，b2为三角凸块底边与支板尾缘间距，d为喷口直径，w为梯形筋条厚。
具体实施方式
23.下面将结合附图1～5和实施例对本发明进行进一步详细说明。
24.一种带梯形筋条和三角凸块的支板火焰稳定器，在支板火焰稳定器两侧面都布置3～5对梯形筋条，本实施例具体为3个，且在每对梯形筋条后布置一块三角凸块。
25.作为本发明实施例的进一步改进，所述的支板火焰稳定器，弦长30～100mm，本实施例具体为32mm，展长由具体发动机确定，本实施例具体为50mm，由v型面1、平直段2、垂直尾缘3和喷口4组成。v型面1夹角10
°
～20
°
，本实施例具体为12
°
，平直段2在支板弦向长0～50mm，本实施例具体为9.5mm，垂直尾缘3高3～20mm，本实施例具体为4.72mm，在垂直尾缘3中间布置喷口4，喷口4直径0.4～3.5mm，本实施例具体为1mm，相邻喷口4间距2.4～12.5mm，本实施例具体为3.4mm。
26.作为本发明实施例的进一步改进，所述的梯形筋条5侧面呈梯形，前缘高0.5～
1mm，本实施例具体为0.6mm，尾缘高是前缘高的2～3倍，本实施例具体为2.3倍，厚1～2mm，本实施例具体为1mm，长5～10mm，本实施例具体为7mm，梯形筋条对呈内八字安装，安装角为135
°
～145
°
，本实施例具体为140
°
，前缘间距1～3mm,本实施例具体为2mm，相邻梯形筋条对尾缘间距2～4mm，本实施例具体为2mm，梯形筋条5后缘距支板尾缘1～3mm，本实施例具体为2mm。
27.作为本发明实施例的进一步改进，所述的三角凸块6呈等腰三角形，顶角为80
°
～100
°
，本实施例具体为90
°
，底边长6～10mm，本实施例具体为8mm，高1～2.5mm，本实施例具体为1mm，三角凸块6在梯形筋条对后居中布置，底边距支板尾缘0～2mm，本实施例具体为1mm，三角凸块6与梯形筋条5形成的通道为扩张通道。
28.以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。