一種用于提高RBCC雙模態(tài)燃燒室摻混燃燒的燃料支板制造技術(shù)

一種用于提高RBCC雙模態(tài)燃燒室摻混燃燒的燃料支板，其特征在于:包括燃料支板主體、燃料支板噴注塊，燃料支板主體為具有單側(cè)楔形突臺(tái)的流向渦燃料支板結(jié)構(gòu)，兩燃料支板依中心軸對(duì)稱設(shè)置，通過(guò)焊接方式連接到燃料噴注塊上，燃料噴注塊兩側(cè)設(shè)有定位孔，通過(guò)螺栓固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上，且可在不同的試驗(yàn)工況中切換噴注位置；所述燃料支板前體為楔形結(jié)構(gòu)，楔角為15°，支板后體為等直段，燃料支板前體外側(cè)豎直方向均布有三個(gè)等間距楔形突臺(tái)，楔角為35°，楔形突臺(tái)采用焊接的方式與支板固連；燃料噴孔位于支板上楔形突臺(tái)后部等直段側(cè)壁上，每側(cè)壁面豎直方向分別有四個(gè)等間距的噴孔，燃料通過(guò)支板等直段上的通道進(jìn)入各個(gè)噴孔；燃料支板尾部采用流向渦結(jié)構(gòu)，為交錯(cuò)的楔形凹槽，凹槽為直角三角形體，燃料支板主體材料采用高溫合金鋼；所述燃料噴注塊為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，噴注塊上表面設(shè)有兩個(gè)螺孔用于連接燃料噴注軟管，噴注塊內(nèi)部有燃料通道與螺孔相通，下部與燃料支板上的通道連接，形成一個(gè)整體噴注結(jié)構(gòu)，燃料噴注塊材料采用45#鋼。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)公開了一種用于提高RBCC雙模態(tài)燃燒室摻混燃燒的燃料支板,采用單側(cè)楔形突臺(tái)的流向渦燃料支板結(jié)構(gòu)，兩燃料支板主體位于一次火箭兩側(cè)對(duì)稱分布；燃料支板前體為楔形，后體為等直段，前體外側(cè)有三個(gè)等間距楔形突臺(tái)與支板固連。燃料噴注塊上部有兩個(gè)螺孔連接燃料噴注軟管，內(nèi)部有燃料通道孔與螺孔相通，下部與燃料支板上的通道連接；燃料噴注塊固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上，且可在不同的試驗(yàn)工況中切換噴注位置。燃料支板結(jié)構(gòu)強(qiáng)化了支板側(cè)邊上的流體的導(dǎo)向渦，使燃料摻混更有效，合理的破壞了支板后側(cè)規(guī)則的剪切層，使燃料支板后側(cè)的剪切層具有更強(qiáng)的湍流度，使燃燒邊界層的區(qū)域變寬，與來(lái)流空氣進(jìn)行更好的摻混，形成更大的燃燒區(qū)域。【專利說(shuō)明】一種用于提高RBCC雙模態(tài)燃燒室摻混燃燒的燃料支板
本專利技術(shù)屬于增強(qiáng)燃料摻混擴(kuò)散的燃料支板結(jié)構(gòu)，具體地說(shuō)，涉及一種用于提高RBCC雙模態(tài)燃燒室摻混燃燒的燃料支板。
技術(shù)介紹
火箭沖壓組合循環(huán)(RBCC)發(fā)動(dòng)機(jī)將火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)有機(jī)地結(jié)合在同一流道中，使其能夠在不同的飛行高度和馬赫數(shù)下啟用最優(yōu)的工作模態(tài)，充分發(fā)揮火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)各自的特點(diǎn)，使RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)在具有高比沖、高推重比的同時(shí)還擁有零速啟動(dòng)、可重復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)。如何在較短的燃燒室內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃料的高效穩(wěn)定燃燒一直是RBCC雙模態(tài)燃燒室的核心問(wèn)題，在文獻(xiàn)AIAA2007-5404 “Pylon Fuel Injector Design for aScramjet Combustor”中提到采用插入式楔形支板進(jìn)行燃料的噴注，同時(shí)在支板尾部增加交錯(cuò)結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)燃料的摻混，其主要的技術(shù)原理是利用支板尾部形成的低速回流區(qū)提供給燃料足夠的摻混和反應(yīng)時(shí)間，使其滿足自持點(diǎn)火的流動(dòng)條件，并且回流區(qū)邊緣剪切層速度梯度及湍流強(qiáng)度都很大，有利于燃料與來(lái)流空氣進(jìn)行有效的摻混，尾部交錯(cuò)楔形結(jié)構(gòu)則可以進(jìn)一步提高流動(dòng)的湍流度，增強(qiáng)摻混，尾跡區(qū)的漩渦結(jié)構(gòu)能起到一定的穩(wěn)焰效果，有利于火焰的進(jìn)一步傳播，但其研究中來(lái)流條件和燃料的噴注位置較為單一，且是基于氣態(tài)燃料的噴注進(jìn)行考慮的，同時(shí)試驗(yàn)和數(shù)值模擬均是在冷流(燃料沒(méi)有點(diǎn)火燃燒)條件下進(jìn)行的，但是對(duì)于寬?cǎi)R赫飛行和采用碳?xì)淙剂系腞BCC發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，支板的應(yīng)用還需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)和改進(jìn)。在本專利技術(shù)的前期構(gòu)型里使用的楔形支板如圖1所示，燃料選擇在支板兩側(cè)進(jìn)行噴注，從而大大提高了燃料的穿透能力，使燃料能更有效的與主流氣體相互摻混，形成均勻的混合燃?xì)膺M(jìn)行燃燒，支板及其尾部流向渦結(jié)構(gòu)能在其尾跡形成回流區(qū)及剪切層，其燃燒流動(dòng)特點(diǎn)如圖2所示，通過(guò)該楔形支板結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了燃料的有效摻混以及火焰的擴(kuò)散傳播。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)由于RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒組織的特點(diǎn)，基準(zhǔn)構(gòu)型支板僅能保證核心流區(qū)域的燃燒反應(yīng)，且僅能適應(yīng)相對(duì)較低馬赫數(shù)時(shí)的高效燃燒組織，一旦當(dāng)來(lái)流馬赫數(shù)超過(guò)3.5Ma條件后，由于燃料支板后側(cè)形成的剪切層燃燒產(chǎn)生的燃燒邊界隔離了發(fā)動(dòng)機(jī)中心流與兩側(cè)空氣的物質(zhì)輸運(yùn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)的空氣與發(fā)動(dòng)機(jī)中心流之間的摻混能力下降，導(dǎo)致中心區(qū)域的燃料得不到充分燃燒，造成燃燒性能的大幅下降。針對(duì)上述情況，本專利技術(shù)提出一種用于提高RBCC雙模態(tài)燃燒室摻混燃燒的燃料支板。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:包括燃料支板主體、燃料支板噴注塊，燃料支板主體為具有單側(cè)楔形突臺(tái)的流向潤(rùn)燃料支板結(jié)構(gòu)，兩燃料支板依中心軸對(duì)稱設(shè)置，通過(guò)焊接方式連接到燃料噴注塊上，燃料噴注塊兩側(cè)設(shè)有定位孔，通過(guò)螺栓固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上，且可在不同的試驗(yàn)工況中切換噴注位置；所述燃料支板前體為楔形結(jié)構(gòu)，楔角為15° ,支板后體為等直段,燃料支板前體外側(cè)豎直方向均布有三個(gè)等間距楔形突臺(tái)，楔角為35°，楔形突臺(tái)采用焊接的方式與支板固連；燃料噴孔位于支板上楔形突臺(tái)后部等直段側(cè)壁上，每側(cè)壁面豎直方向分別有四個(gè)等間距的噴孔，燃料通過(guò)支板等直段上的通道進(jìn)入各個(gè)噴孔；燃料支板尾部采用流向渦結(jié)構(gòu)，為交錯(cuò)的楔形凹槽，凹槽為直角三角形體，燃料支板主體材料采用高溫合金鋼；所述燃料噴注塊為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，噴注塊上表面設(shè)有兩個(gè)螺孔用于連接燃料噴注軟管，噴注塊內(nèi)部有燃料通道與螺孔相通，下部與燃料支板上的通道連接，形成一個(gè)整體噴注結(jié)構(gòu)，燃料噴注塊材料采用45#鋼。有益效果本專利技術(shù)提出的一種用于提高RBCC雙模態(tài)燃燒室摻混燃燒的燃料支板，是一種適用于RBCC寬來(lái)流條件燃燒組織的燃料支板結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是:第一，結(jié)合了楔形支板的燃燒組織特色，強(qiáng)化了支板側(cè)邊上的流體的導(dǎo)向渦，從而使燃料摻混更有效；第二，合理的破壞了支板后段規(guī)則的剪切層，使燃料支板后側(cè)的剪切層具有更強(qiáng)的湍流度，使燃燒邊界層的區(qū)域變寬，從而使燃料能有效的穿透燃燒邊界的束縛，與來(lái)流空氣進(jìn)行更好的摻混，燃燒火焰也能進(jìn)一步向支板兩側(cè)傳播，形成更大的燃燒區(qū)域；第三，燃料噴注塊結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，易于加工實(shí)現(xiàn)，且便于在不同的試驗(yàn)中更換支板以及切換噴注位置，有利于更多試驗(yàn)研究的開展。【專利附圖】【附圖說(shuō)明】下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)一種用于提高RBCC雙模態(tài)燃燒室摻混燃燒的燃料支板作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1為基準(zhǔn)構(gòu)型燃料支板結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為楔形支板燃燒組織區(qū)域示意圖。圖3為帶側(cè)楔形燃料支板構(gòu)型示意圖。圖4為帶側(cè)楔形燃料支板右視圖。圖5為帶側(cè)楔形燃料支板主視圖。圖6為帶側(cè)楔形燃料支板左視圖。圖7為帶側(cè)楔形燃料支板俯視圖。圖8為帶側(cè)楔形燃料支板A-A剖視圖。圖9為帶側(cè)楔形燃料支板整體裝配圖。圖10為帶側(cè)楔形燃料支板整體裝配A-A剖視圖。圖11為帶側(cè)楔形燃料支板裝配三維示意圖。圖12為帶側(cè)楔形燃料支板在RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)中安裝三維示意圖。圖13為帶側(cè)楔形燃料支板在RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)中安裝二維簡(jiǎn)圖。圖14為基準(zhǔn)構(gòu)型燃料支板Ma數(shù)分布云圖及一氧化碳等值線分布。圖15為帶側(cè)楔形燃料支板Ma數(shù)分布云圖及一氧化碳等值線分布。圖16為基準(zhǔn)構(gòu)型燃料支板煤油質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布云圖。圖17為基準(zhǔn)構(gòu)型燃料支板煤油第一步化學(xué)反應(yīng)速率分布云圖。圖18為帶側(cè)楔形燃料支板煤油質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布云圖。圖19為帶側(cè)楔形燃料支板煤油第一步化學(xué)反應(yīng)速率分布云圖。圖20為典型工況燃燒室壓強(qiáng)分布對(duì)比。圖中:1.燃料支板主體2.燃料支板噴注塊【具體實(shí)施方式】本實(shí)施例是一種用于提高RBCC雙模態(tài)燃燒室摻混燃燒的燃料支板。參閱圖1至圖13，本專利技術(shù)用于提高RBCC雙模態(tài)燃燒室摻混燃燒的燃料支板，是一種適用于RBCC寬來(lái)流條件燃燒組織的燃料支板，為具有單側(cè)楔形突臺(tái)的流向渦燃料支板結(jié)構(gòu)，燃料支板結(jié)構(gòu)包括燃料支板主體I和燃料支板噴注塊2。具體結(jié)構(gòu)和裝配如下:(I)燃料支板前體為楔形結(jié)構(gòu)，楔角為15° ,支板后體為等直段,長(zhǎng)25mm厚度為IOmm ;燃料支板前體外側(cè)豎直方向均布有三個(gè)等間距楔形突臺(tái)，楔角為35° ,尾部寬度為4mm,突臺(tái)之間間距為IOmm,楔形突臺(tái)采用焊接的方式與支板連接。燃料噴孔位于支板楔形突臺(tái)后部等直段豎直方向的側(cè)壁面上，每側(cè)壁面分別有四個(gè)間距相等的Φ0.5mm的噴孔，噴孔之間間距為15mm，燃料通過(guò)支板等直段上Φ5πιπι，深60mm的通道進(jìn)入各個(gè)噴孔；燃料支板尾部采用流向渦結(jié)構(gòu)，為交錯(cuò)的楔形凹槽，凹槽為直角三角形體結(jié)構(gòu)，直角三角形體長(zhǎng)15mm,寬7mm,高7mm,相鄰直角三角形體間距為5mm ;采用交錯(cuò)的楔形凹槽結(jié)構(gòu),有利于燃料及氣流經(jīng)過(guò)該結(jié)構(gòu)后形成渦流本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于提高RBCC雙模態(tài)燃燒室摻混燃燒的燃料支板，其特征在于:包括燃料支板主體、燃料支板噴注塊，燃料支板主體為具有單側(cè)楔形突臺(tái)的流向渦燃料支板結(jié)構(gòu)，兩燃料支板依中心軸對(duì)稱設(shè)置，通過(guò)焊接方式連接到燃料噴注塊上，燃料噴注塊兩側(cè)設(shè)有定位孔，通過(guò)螺栓固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上，且可在不同的試驗(yàn)工況中切換噴注位置；所述燃料支板前體為楔形結(jié)構(gòu)，楔角為15°，支板后體為等直段，燃料支板前體外側(cè)豎直方向均布有三個(gè)等間距楔形突臺(tái)，楔角為35°，楔形突臺(tái)采用焊接的方式與支板固連；燃料噴孔位于支板上楔形突臺(tái)后部等直段側(cè)壁上，每側(cè)壁面豎直方向分別有四個(gè)等間距的噴孔，燃料通過(guò)支板等直段上的通道進(jìn)入各個(gè)噴孔；燃料支板尾部采用流向渦結(jié)構(gòu)，為交錯(cuò)的楔形凹槽，凹槽為直角三角形體，燃料支板主體材料采用高溫合金鋼；所述燃料噴注塊為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，噴注塊上表面設(shè)有兩個(gè)螺孔用于連接燃料噴注軟管，噴注塊內(nèi)部有燃料通道與螺孔相通，下部與燃料支板上的通道連接，形成一個(gè)整體噴注結(jié)構(gòu)，燃料噴注塊材料采用45#鋼。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魏祥庚，秦飛，呂翔，劉佩進(jìn)，何國(guó)強(qiáng)，王亞軍，潘科瑋，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西北工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：