混合燃烧器组件和操作方法技术

本公开提供一种用于推进系统的混合燃烧系统以及操作方法。混合燃烧系统限定径向、周向以及与沿纵向延伸的推进系统所共有的纵向中心线。混合燃烧系统包括旋转爆震燃烧(RDC)系统，旋转爆震燃烧系统包括环形外壁和环形内壁，环形外壁和环形内壁与纵向中心线同心且共同限定RDC室和RDC入口，RDC系统包括位于RDC入口处由喷嘴壁限定的喷嘴。喷嘴入口配置成接收氧化剂流。喷嘴限定位于喷嘴入口与喷嘴出口之间的喉道，其中喷嘴限定会聚‑扩张型喷嘴。混合燃烧系统包括：内衬，内衬大体上沿纵向延伸；外衬，外衬沿纵向延伸并且沿径向设置在内衬的外部；舱壁，舱壁设置在内衬和外衬的上游端处，以及燃料歧管组件，燃料歧管组件至少部分延伸穿过舱壁。

【技术实现步骤摘要】
混合燃烧器组件和操作方法
本专利技术主题大体上涉及一种用于推进系统中的连续爆震(continuousdetonation)系统。
技术介绍
许多推进系统，例如燃气涡轮发动机均基于布雷顿循环(BraytonCycle)，其中空气以绝热方式压缩、在恒定压力下加热、产生的热气在涡轮中膨胀，并且在恒定压力下排热。之后，可将超出驱动压缩系统所需之外的能量用于推进或其他功。所述推进系统大体上依赖于爆燃(deflagrativecombustion)来燃烧燃料空气混合物并且产生在燃烧室内以相对低速和恒定压力行进的燃烧气体产物。尽管基于布雷顿循环的发动机已经通过稳定提高部件效率以及提高压力比和峰值温度而达到了较高的热力效率水平，但仍需进一步改进。因此，现已致力于通过改变发动机结构以使得燃烧在连续或脉冲模式下以爆震形式发生来提高发动机效率。脉冲模式设计涉及一个或多个爆震管，而连续模式基于单个或多个爆震波在其中旋转的几何形状，通常为环状。对于这两种模式，高能点火会引爆燃料空气混合物，进而转变成爆震波(即紧密连通到反应区域的快速移动冲击波)。相对于反应物的声速，爆震波以大于声速的马赫数范围(例如4到8马赫)行进。燃烧产物以相对于爆震波的声速和显著升高的压力紧随爆震波行进。所述燃烧产物之后可以通过喷嘴排出以产生推力或使涡轮旋转。对于各种旋转爆震系统，防止回流到旋转爆震区上游的较低压力区域的任务已经通过向燃烧室内提供急剧压力降而得到了解决。但是，这可能会降低旋转爆震燃烧系统的效率优势。所属领域中的普通技术人员已知，燃烧室几何形状是由预期爆震单元尺寸所限定的，所述预期爆震单元尺寸基于燃料氧化剂混合物以及此混合物的压力、温度和化学计量比。燃料氧化剂混合物、压力、温度和化学计量比(例如，在推进系统的各种操作条件下)的各种组合通常致使旋转爆震燃烧系统在多个操作条件下效率低下。因此，需要一种推进系统和燃烧系统，所述推进系统和燃烧系统可受益于旋转爆震燃烧系统，同时在多个操作条件下维持多个压力和温度下的可操作性和效率。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将部分地在以下说明中阐明，或根据所述说明可显而易见，或可以通过实施本专利技术了解到。本公开涉及用于推进系统的混合燃烧系统和操作方法。所述混合燃烧系统限定径向、周向以及与沿纵向延伸的推进系统所共有的纵向中心线。所述混合燃烧系统包括旋转爆震燃烧(RDC)系统，所述旋转爆震燃烧系统包括环形外壁和环形内壁，所述环形外壁和环形内壁各自大体上与所述纵向中心线同心并且共同限定RDC室和RDC入口，所述RDC系统进一步包括位于所述RDC入口处的、由喷嘴壁限定的喷嘴。所述喷嘴限定纵长方向，所述纵长方向沿所述纵长方向在喷嘴入口与喷嘴出口之间延伸，并且所述喷嘴入口配置成接收氧化剂流。所述喷嘴进一步限定位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的喉道，并且其中所述喷嘴限定会聚-扩张型喷嘴。所述混合燃烧系统进一步包括：内衬，所述内衬大体上沿所述纵向延伸；外衬，所述外衬大体上沿所述纵向延伸并且沿所述径向设置在所述内衬的外部；舱壁(bulkheadwall)，所述舱壁设置在所述内衬和外衬的上游端处，其中所述舱壁大体上沿所述径向延伸并且将所述内衬和外衬连接，并且其中所述内衬、外衬和舱壁共同限定主燃烧室，并且进一步其中所述RDC系统和所述舱壁共同限定RDC出口，所述RDC出口延伸穿过所述舱壁并且邻近所述主燃烧室；以及燃料歧管组件，所述燃料歧管组件至少部分延伸穿过所述舱壁，其中所述燃料歧管组件限定燃料歧管组件出口，所述燃料歧管组件出口设置成邻近所述主燃烧室。在各种实施例中，所述燃料歧管组件进一步与所述RDC系统的所述喷嘴流体连通。所述RDC系统限定位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的燃料喷射口，所述燃料喷射口限定燃料出口，以用于向通过所述喷嘴入口接收的氧化剂流提供燃料。在一个实施例中，所述燃料歧管组件配置成向所述主燃烧室提供第一燃料流，并且向所述RDC系统的所述燃料喷射口提供第二燃料流。在另一个实施例中，所述燃料歧管组件配置成在第一操作条件下向所述主燃烧室提供所述第一燃料流，并且在与所述第一操作条件不同的第二操作条件下向所述燃料喷射口提供所述第二燃料流。在所述混合燃烧系统的一个实施例中，所述内衬、外衬、所述舱壁和所述燃料歧管组件至少部分限定爆燃燃烧系统。在另一个实施例中，所述RDC系统限定多个喷嘴，每个喷嘴沿周向以相邻布置方式设置。在又一个实施例中，所述RDC系统限定围绕所述纵向中心线的大体环形喷嘴壁，所述喷嘴壁限定内部环形喷嘴壁和外部环形喷嘴壁。在各种实施例中，所述主燃烧室进一步限定所述主燃烧室内的涡流捕获腔(trappedvortexcavity)。在一个实施例中，所述涡流捕获腔由所述外衬和所述内衬中的一者或多者限定，并且其中所述外衬和所述内衬中的一者或多者限定第一半径处的第一壁、与所述第一半径不同的第二半径处的第二壁，以及将所述第一壁和所述第二壁相连接、介于它们之间的过渡壁。在另一个实施例中，所述舱壁、所述外衬和所述内衬中的至少一者限定邻近所述主燃烧室的一个或多个二级气流开口。在又一个实施例中，所述二级气流开口中的至少一个二级气流开口邻近所述主燃烧室内的涡流捕获腔。本公开进一步涉及一种操作推进系统燃烧部分的方法。所述燃烧部分限定：旋转爆震燃烧(RDC)系统，所述旋转爆震燃烧系统限定RDC室；并且进一步限定燃料歧管组件出口，所述燃料歧管组件出口邻近由内衬和外衬以及舱壁限定的主燃烧室。所述方法包括：提供第一燃料流，所述第一燃料流通过多个燃料歧管组件出口中的一个或多个燃料歧管组件出口进入所述主燃烧室中；提供通过所述燃烧部分的氧化剂流；点燃所述主燃烧室中的所述第一燃料流和所述氧化剂的混合物以产生第一燃烧气体流；通过所述RDC系统的燃料喷射口提供第二燃料流；在所述RDC室中混合所述第二燃料流和所述氧化剂；以及点燃所述RDC室中的所述第二燃料流和所述氧化剂的混合物以产生第二燃烧气体流。在所述方法的一个实施例中，点燃所述RDC室中的所述第二燃料流和氧化剂的混合物以产生第二燃烧气体流包括提供通过所述主燃烧室的第二燃烧气体流。在所述方法的各种实施例中，提供通过所述燃烧部分的氧化剂流包括在第一操作条件下产生氧化剂流。在一个实施例中，点燃所述主燃烧室中的所述第一燃料流和所述氧化剂的混合物包括在所述第一操作条件下点燃所述主燃烧室中的所述燃料氧化剂混合物。在所述方法的又一些各种实施例中，提供通过所述燃烧部分的氧化剂流包括在第二操作条件下产生氧化剂流。在一个实施例中，提供通过所述RDC系统的燃料喷射口的第二燃料流是在所述第二操作条件下发生的。在另一个实施例中，混合在所述RDC室中的所述第二燃料流和所述氧化剂是在所述第二操作条件下发生的。在所述方法的一个实施例中，提供通过所述RDC系统的第二燃料流包括中断通过所述燃料歧管组件出口中的一个或多个燃料歧管组件出口的第一燃料流。在另一个实施例中，提供通过所述燃烧部分的氧化剂流包括通过所述燃料歧管组件出口、所述舱壁、所述内衬和所述外衬中的一者或多者向所述主燃烧室提供第一氧化剂流，并且其中提供氧化剂流进一步包括通过所述RDC系统向所述主燃烧室提供第二氧化剂流。技术方案1.一种用于推进系统的混合燃烧系统，所述混合燃烧系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于推进系统的混合燃烧系统，所述混合燃烧系统限定径向、周向以及与沿纵向延伸的所述推进系统所共有的纵向中心线，所述混合燃烧系统包括：旋转爆震燃烧系统，所述旋转爆震燃烧系统包括环形外壁和环形内壁，所述环形外壁和所述环形内壁各自大体上与所述纵向中心线同心，并且共同限定旋转爆震燃烧室和旋转爆震燃烧入口，所述旋转爆震燃烧系统进一步包括位于所述旋转爆震燃烧入口处、由喷嘴壁限定的喷嘴，其中所述喷嘴限定纵长方向，所述纵长方向沿所述纵长方向在喷嘴入口与喷嘴出口之间延伸，所述喷嘴入口配置成接收氧化剂流，所述喷嘴进一步限定位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的喉道，并且其中所述喷嘴限定会聚‑扩张型喷嘴；内衬，所述内衬大体上沿所述纵向延伸；外衬，所述外衬大体上沿所述纵向延伸并且沿所述径向设置在所述内衬的外部；舱壁，所述舱壁设置在所述内衬和外衬的上游端处，其中所述舱壁大体上沿所述径向延伸并且将所述内衬和所述外衬连接，并且其中所述内衬、所述外衬和所述舱壁共同限定主燃烧室，并且进一步，其中所述旋转爆震燃烧系统和所述舱壁共同限定穿过所述舱壁并且邻近所述主燃烧室的旋转爆震燃烧出口；以及燃料歧管组件，所述燃料歧管组件至少部分延伸穿过所述舱壁，其中所述燃料歧管组件限定燃料歧管组件出口，所述燃料歧管组件出口设置在邻近所述主燃烧室处。...

【技术特征摘要】
2017.06.09 US 15/6186821.一种用于推进系统的混合燃烧系统，所述混合燃烧系统限定径向、周向以及与沿纵向延伸的所述推进系统所共有的纵向中心线，所述混合燃烧系统包括：旋转爆震燃烧系统，所述旋转爆震燃烧系统包括环形外壁和环形内壁，所述环形外壁和所述环形内壁各自大体上与所述纵向中心线同心，并且共同限定旋转爆震燃烧室和旋转爆震燃烧入口，所述旋转爆震燃烧系统进一步包括位于所述旋转爆震燃烧入口处、由喷嘴壁限定的喷嘴，其中所述喷嘴限定纵长方向，所述纵长方向沿所述纵长方向在喷嘴入口与喷嘴出口之间延伸，所述喷嘴入口配置成接收氧化剂流，所述喷嘴进一步限定位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的喉道，并且其中所述喷嘴限定会聚-扩张型喷嘴；内衬，所述内衬大体上沿所述纵向延伸；外衬，所述外衬大体上沿所述纵向延伸并且沿所述径向设置在所述内衬的外部；舱壁，所述舱壁设置在所述内衬和外衬的上游端处，其中所述舱壁大体上沿所述径向延伸并且将所述内衬和所述外衬连接，并且其中所述内衬、所述外衬和所述舱壁共同限定主燃烧室，并且进一步，其中所述旋转爆震燃烧系统和所述舱壁共同限定穿过所述舱壁并且邻近所述主燃烧室的旋转爆震燃烧出口；以及燃料歧管组件，所述燃料歧管组件至少部分延伸穿过所述舱壁，其中所述燃料歧管组件限定燃料歧管组件出口，所述燃料歧管组件出口设置在邻近所述主燃烧室处。2.根据权利要求1所述的燃烧部分，其中所述燃料歧管组件进一步与所述旋转爆震燃烧系统的所述喷嘴流体连通，其中所述旋转爆震燃烧系统限定位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的燃料喷射口，所述燃料喷射口限定燃料出口，以用于将燃料提供给通过所述喷嘴入口接收的所述氧化剂流。3.根据权利要求2所述的燃烧部分，其中所述燃料歧管组件配置成向所述主燃烧室提供第一燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：SC维斯，J泽利纳，AW约翰逊，CS库珀，S帕尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US