一种多孔介质喷注支板前缘头锥的热防护方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超燃发动机喷注支板的热防护方法，特别是关于一种在高温高速气流中针对多孔介质喷注支板前缘头锥的热防护方法。
【背景技术】
[0002]在超燃冲压发动机燃烧室中，燃料和超音速空气通过进行混合燃烧以获得推力使得飞行器在超音速下飞行。但是由于燃料注入超音速气流中导致燃料在燃烧室中的停留时间只有数毫秒，从而可能引起混合不充分，甚至导致点火失效问题的出现，因此在超燃冲压发动机燃烧室中安装喷注支板结构，将燃料通过喷注支板直接注入到主流的核心区域，可以有效地增强燃料和主流之间的混合，改善燃烧效果。
[0003]由于超燃冲压发动机燃烧室内产生的气流为高温高速气流，强烈的气动加热作用将会对喷注支板产生烧蚀，本申请人于2013年11月12日提出的专利申请号为201310561173.6，专利申请名称为“利用发汗与冲击冷却对超燃发动机喷注支板的热防护方法”，以及专利申请号为201310561911.7，专利申请名称为“利用发汗冷却对超燃发动机燃料喷注支板的热防护方法”的文件中，已经公开了防止喷注支板产生烧蚀的热防护方法。但是在超燃冲压发动机中，高速主流遇到喷注支板前缘头锥后会形成一道脱体激波，在脱体激波后的主流速度急剧下降，静温急剧升高，因此会在喷注支板的前方形成局部高温区。尤其是喷注支板前缘头锥处滞止温度极高，极易产生局部烧蚀使得喷注支板损坏，从而导致发动机熄火等重大安全问题。因此有效控制喷注支板前缘头锥处温度将对超燃冲压发动机工作的稳定性起到至关重要的作用。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种在高温高速气流中针对多孔介质喷注支板前缘头锥的热防护方法。
[0005]为实现上述的目的，本发明采用以下技术方案:一种多孔介质喷注支板前缘头锥的热防护方法，其包括以下内容:1)在喷注支板前缘头锥处设置有一能够降低多孔介质阻力的狭缝，并在喷注支板的前空腔连通一燃料管，在喷注支板的后空腔连通另一燃料管；2)通过前空腔设置的燃料管将大部分低温燃料经狭缝快速喷出，作为冷却剂对前缘头锥的易烧蚀区进行冷却；其余部分低温燃料通过多孔介质发汗渗透到前空腔表面，同时通过后空腔设置的燃料管将低温燃料通过多孔介质发汗渗透到后空腔表面；3)通过狭缝集中喷注到前缘处的燃料，将高速主流遇到喷注支板后产生的脱体激波推离前缘头锥；4)通过狭缝喷出的燃料，及高速主流的作用，在前缘头锥处形成一层较厚的覆盖前缘头锥的保护气膜，并与多孔介质材料通过发汗冷却在喷注支板表面形成的致密气膜相融合，加强对喷注支板的热防护。
[0006]将设置在所述喷注支板前缘头锥处的狭缝直接连通所述前空腔。
[0007]设置在所述喷注支板前缘头锥处的狭缝被若干垂向间隔设置的窄缝分割成离散状的多块。
[0008]将设置在所述喷注支板前缘头锥处的狭缝与所述前空腔之间留设有一段距离。
[0009]在倾斜喷注支板的前缘头锥处设置一降低多孔介质阻力的狭缝。
[0010]所述狭缝的宽度量级为12 μπι。
[0011]所述狭缝相对的两平面呈平行、渐扩或渐缩状。
[0012]本发明由于采用以上的技术方案，其具有以下优点:1、本发明的喷注支板由于在前缘头锥处开设有狭缝，因此通过狭缝可以将燃料作为冷却剂直接输送到前缘头锥处，对前缘头锥进行冷却，这样不仅可以降低喷注支板前缘头锥处的温度，还可以使得燃料温度升高，易于点火燃烧。2、本发明由于将燃料通过前缘头锥处的狭缝喷出到高速主流中，因此温度较低的燃料由狭缝喷出的过程中可以作为冷却剂不断吸收前缘头锥的热量，使得前缘头锥温度降低。同时喷出的燃料会在喷注支板表面形成一层保护气膜，可对喷注支板进行有效的热防护，尤其是温度较高的前缘头锥处。3、本发明的狭缝喷出的燃料，可以将高温高速环境中喷注支板前端形成的脱体激波推离喷注支板，使喷注支板远离高温区。4、本发明的喷注支板前缘锥头的狭缝由于具有集中喷注燃料的作用，因此燃料能通过狭缝直接与前方气流对冲，喷入支板前方滞止效应产生的高温区，从而增加燃料掺混效果，并且借助高温区使得燃料的燃烧更加迅速稳定。5、本发明通过采用气膜冷却和发汗冷却相结合的方式对喷注支板表面进行热防护，达到了同时进行热防护、喷注燃料和增强燃料掺混的目的。
【附图说明】
[0013]图1是超燃冲压发动机结构简图；
[0014]图2是本发明喷注支板与现有设备的连接示意图；
[0015]图3是图2中喷注支板端面结构示意图；
[0016]图4是本发明微型狭缝喷注支板端面结构示意图；
[0017]图5是本发明微型狭缝喷注支板的结构示意图；
[0018]图6是本发明离散狭缝喷注支板的结构示意图；
[0019]图7是本发明倾斜喷注支板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。
[0021]如图1、图2所示，燃料管I连接的喷注支板2的燃料通过超燃发动机自身携带的泵和设置在燃料通道上的阀门控制，在到达一定的压力后，通过燃料管I进入喷注支板2，与激波系后的高速空气在燃烧室中混合后燃烧，产生的气体向后喷出，提供动力。本发明中的喷注支板2采用的多孔介质材料以及喷注支板2的形状与现有的技术基本相同，不同的是本发明对喷注支板2的结构、冷却方式以及喷油方式上的改进。本发明与已公开技术的区别在于:在喷注支板2的前缘头锥处设置有一能够降低多孔介质阻力的狭缝3，狭缝3可以设置成一与前空腔21连通的，也可以设置成与前空腔21不连通的；同时本发明通过一根燃料管11连通喷注支板2的前空腔21，通过另一根燃料管12连接喷注支板2的后空腔22。这样，本发明可以根据实际工况的需要，分别调节两根燃料管11、12内注入燃料的最佳配比。
[0022]如图1、图3所示，本发明方法包括以下内容:本发明利用线切割或激光切割等加工工艺在喷注支板2的前缘头锥23处开设一条连接前空腔21的狭缝3，由于没有多孔介质的阻力，因此前空腔21内大部分低温燃料通过狭缝3集中喷注到喷注支板2的前缘，低温燃料由狭缝3喷出的过程中会不断吸收前缘头锥23的热量使得前缘头锥23温度降低，即燃料可以直接作为冷却剂对前缘头锥23的易烧蚀区进行冷却。其余部分低温燃料通过多孔介质发汗渗透到前空腔表面，同时通过后空腔22设置的燃料管将低温燃料通过多孔介质发汗渗透到后空腔表面，对喷注支板2进行热防