超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置及使用方法与流程

1.本发明涉及超声速燃烧室燃料喷注技术领域，更具体地说，它涉及超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置及使用方法。


背景技术：

2.在宽速域超燃冲压发动机的研究工作中，对于不同发动机的构型以及不同的飞行马赫数条件下，燃烧室内部的波系结构往往会有较大的改变，波系结构的改变往往会导致燃料的分布不均匀以及燃烧主要区域发生改变。
3.诸如在马赫数较低的条件下，开式凹腔的超燃冲压发动机燃烧室往往以剪切层燃烧为主，发动机沿展向的中部燃料消耗较多，靠近侧壁的区域燃烧效率低且燃烧较弱，因此需要减少两侧的燃料喷注增加中部燃料的当量比；当马赫数较高的条件下，往往会取消凹腔作为稳焰装置，转而采用支板作为稳焰器，此时由于主流气流速度非常快，侧壁效应非常明显，燃烧主要区域分布在靠近侧壁面的位置，因此需要减少中部的燃料喷注量，增加侧壁燃料的当量比；除此之外，在高马赫数条件下，燃料的燃烧效率由化学反应占主导变为物理掺混效果占主导，脉冲喷注方法可以有效提高掺混效果，提高发动机的起动点火和稳焰性能，同时，频率较高的脉冲喷注可以达到常规持续喷注所产生的相同效果，但在喷注间隙可以节省发动机所消耗的燃料，间接增加了飞行器的航程。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置及使用方法，该装置解决了背景技术中提出的技术问题。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置，包括相互扣合的喷注主体和封装面板，所述喷注主体与封装面板可拆卸连接；所述喷注主体内沿展向开设有多个燃料喷注支路；所述燃料喷注支路包括燃料支路、控制线通道、压电晶体组件安装腔、过渡管路、横向均压管路和多个喷孔；所述燃料支路、控制线通道以及过渡管路均竖直分布且端部均与压电晶体组件安装腔连通，所述燃料支路和控制线通道远离压电晶体组件安装腔的端部位于喷注主体的顶部；所述过渡管路远离压电晶体组件安装腔的端部与横向均压管路连通；多个所述喷孔沿展向分布，且多个所述喷孔的端部均与横向均压管路连通，多个所述喷孔远离横向均压管路的端部位于喷注主体的顶部。
6.本发明进一步设置为：所述压电晶体组件安装腔内设有压电晶体控制组件，与所述压电晶体控制组件连接的控制线路设置于控制线通道中。
7.本发明进一步设置为：所述喷注主体的顶部开设有与燃料喷注支路数量相同的防热凹槽，所述防热凹槽与喷孔连通。
8.本发明进一步设置为：所述喷注主体与封装面板上开有相同数量且对应的螺纹孔，所述喷注主体与封装面板螺栓连接。
9.本发明进一步设置为：所述喷注主体和封装面板的扣合面上设有对应的密封槽，其中一个所述密封槽内装有密封条。
10.本发明进一步设置为：所述喷注主体和密封面板的底部配合设有扣压式法兰。
11.本发明还提供超燃冲压发动机展现非均匀燃料脉冲喷注装置的使用方法，具体包括以下步骤：s1：将本装置通过扣压式法兰将其插入超燃冲压发动机的燃料喷注组件安装位中，并通过所述扣压式法兰采用螺栓紧固压实；s2：将多个燃料支路分别接入驱动压力不同燃料储罐；s3：上述操作完成以后，通过控制器单独控制多条燃料支路上的压电晶体控制组件的开闭和运动方式，即可在喷孔出口处获得压力、频率和占空比均不同的展向非均匀喷注的燃料综上所述，本发明具有以下有益效果：1、该装置可以使得超燃冲压发动机的燃料喷注方案由单一变为多样化，可以根据不同区域的起动点火性能、稳焰性能以及燃烧效率等，针对性调整各区域的燃料喷注量和辅助起动点火的脉冲频率；2、使用该喷注装置整体性好，内部电子元器件的气密性有保障；同时通过设置防热凹槽，对喷孔处进行热防护，不易烧蚀或损坏；3、使用该装置安装方法简便，结构强度高，安全性强，内部元件可以便捷更换。
附图说明
12.图1是本发明实施例1中超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置的结构示意图；图2是图1中a-a处的截面图；图3是图1中b-b处的截面图；图4是图1中a处的放大图；图5是图2中a处的放大图；图6是本发明实施例1中扣压式法兰的结构示意图；图7是本发明实施例1中喷注主体的结构示意图；图8是本发明实施例1中封装面板的结构示意图；图9是本发明实施例1中压电晶体控制组件的结构示意图；图10是本发明实施例2中超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置搭载于超燃冲压发动机模型上的装配示意图。
13.图中：1、喷注主体；2、封装面板；3、扣压式法兰；4、燃料支路；5、控制线通道；6、压电晶体组件安装腔；7、过渡管路；8、横向均压管路；9、喷孔；10、压电晶体控制组件；11、防热凹槽；12、密封槽；13、螺纹孔。
实施方式
14.以下结合附图1-10对本发明作进一步详细说明。
15.实施例1：超燃冲压与发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置，如图1-图9所示，包括
相互扣合的喷注主体1和封装面板2，喷注主体1和封装面板2的扣合面上开有对应的密封槽12，其中一个密封槽12内装有密封条，这样设置，压电晶体控制组件10可以方便更换，并且保证了密封性，确保电子元器件和控制线路不被烧蚀；喷注主体1内沿展向开有三条独立的燃料喷注支路；三条燃料喷注支路的位置从侧壁开始计算，沿展向分别位于全宽的1/6,1/2和5/6处；燃料喷注支路包括燃料支路4、控制线通道5、压电晶体组件安装腔6、过渡管路7、横向均压管路8和五个喷孔9；燃料支路4、控制线通道5以及过渡管路7均竖直分布且端部均与压电晶体组件安装腔6连通，燃料支路4和控制线通道5远离压电晶体组件安装腔6的端部位于喷注主体1的顶部与外界连通；三个燃料支路4均接入燃料储罐中，过渡管路7远离压电晶体组件安装腔6的端部与横向均压管路8中部位置连通；五个喷孔9沿展向等距分布，且五个喷孔9的端部均与横向均压管路8连通，喷孔9的直径为0.3mm，深度为3mm，五个喷孔9远离横向均压管路8的端部位于喷注主体1的顶部将燃料喷注进入超燃冲压发动机燃烧室内；喷注主体1和密封面板的底部配合安装有扣压式法兰3；在本实施例中，压电晶体组件安装腔6内放置压电晶体控制组件10，与压电晶体控制组件10连接的控制线路设置于控制线通道5中并与外界的控制器连接。
16.本实施例优选的，喷注主体1的顶部开设有与燃料喷注支路数量相同的防热凹槽11，防热凹槽11为楔形，深1mm，宽2mm防热凹槽11与喷孔9连通；如此设置，可以有效避免喷孔9在脉冲间隙不喷注燃料（即无油冷或气膜冷却）时被高温火焰烧蚀，并且由于截面形状为楔形，加上深度和宽度都属于较小的尺度，不会产生改变流场结构的强激波。
17.本实施例优选的，喷注主体1与封装面板2上开有相同数量且对应的螺纹孔13，喷注主体1与封装面板2螺栓连接。
18.实施例2：超燃冲压与发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置的使用方法，如图10所示，具体包括以下步骤：s1：将本装置通过扣压式法兰3将其插入超燃冲压发动机的燃料喷注组件安装位中，并通过所述扣压式法兰3采用螺栓紧固压实；s2：将三个燃料支路4分别接入驱动压力不同燃料储罐；s3：上述操作完成以后，通过控制器单独控制三条燃料支路4上的压电晶体控制组件10的开闭和运动方式，即可在喷孔9出口处获得压力、频率和占空比均不同的展向非均匀喷注的燃料。
19.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置，其特征是：包括相互扣合的喷注主体(1)和封装面板(2)，所述喷注主体(1)与封装面板(2)可拆卸连接；所述喷注主体(1)内沿展向开设有多个燃料喷注支路；所述燃料喷注支路包括燃料支路(4)、控制线通道(5)、压电晶体组件安装腔(6)、过渡管路(7)、横向均压管路(8)和多个喷孔(9)；所述燃料支路(4)、控制线通道(5)以及过渡管路(7)均竖直分布且端部均与压电晶体组件安装腔(6)连通，所述燃料支路(4)和控制线通道(5)远离压电晶体组件安装腔(6)的端部位于喷注主体(1)的顶部；所述过渡管路(7)远离压电晶体组件安装腔(6)的端部与横向均压管路(8)连通；多个所述喷孔(9)沿展向分布，且多个所述喷孔(9)的端部均与横向均压管路(8)连通，多个所述喷孔(9)远离横向均压管路(8)的端部位于喷注主体(1)的顶部。2.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置，其特征是：所述压电晶体组件安装腔(6)内设有压电晶体控制组件(10)，与所述压电晶体控制组件(10)连接的控制线路设置于控制线通道(5)中。3.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置，其特征是：所述喷注主体(1)的顶部开设有与燃料喷注支路数量相同的防热凹槽(11)，所述防热凹槽(11)与喷孔(9)连通。4.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置，其特征是：所述喷注主体(1)与封装面板(2)上开有相同数量且对应的螺纹孔(13)，所述喷注主体(1)与封装面板(2)螺栓连接。5.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置，其特征是：所述喷注主体(1)和封装面板(2)的扣合面上设有对应的密封槽(12)，其中一个所述密封槽(12)内装有密封条。6.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置，其特征是：所述喷注主体(1)和密封面板的底部配合设有扣压式法兰(3)。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置的使用方法，其特征是：具体包括以下步骤：s1：将本装置通过扣压式法兰(3)将其插入超燃冲压发动机的燃料喷注组件安装位中，并通过所述扣压式法兰(3)采用螺栓紧固压实；s2：将多个燃料支路(4)分别接入驱动压力不同燃料储罐；s3：上述操作完成以后，通过控制器单独控制多条燃料支路(4)上的压电晶体控制组件(10)的开闭和运动方式，即在喷孔(9)出口处获得压力、频率和占空比均不同的展向非均匀喷注的燃料位。

技术总结
本发明公开了超燃冲压发动机展向非均匀燃料脉冲喷注装置及使用方法，涉及超声速燃烧室燃料喷注技术领域，其技术方案要点是：包括相互扣合的喷注主体和封装面板，所述喷注主体与封装面板可拆卸连接；所述喷注主体内沿展向开设有多个燃料喷注支路；所述燃料喷注支路包括燃料支路、控制线通道、压电晶体组件安装腔、过渡管路、横向均压管路和多个喷孔；所述燃料支路、控制线通道以及过渡管路均竖直分布且端部均与压电晶体组件安装腔连通。该装置可以使得超燃冲压发动机的燃料喷注方案由单一变为多样化，可以根据不同区域的起动点火性能、稳焰性能以及燃烧效率等，针对性调整各区域的燃料喷注量和辅助起动点火的脉冲频率。料喷注量和辅助起动点火的脉冲频率。料喷注量和辅助起动点火的脉冲频率。


技术研发人员：钟富宇 田野 岳茂雄 杜广铭 李世豪 冉伟 张娜 郭明明 张依 何赞
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/5/23