一种基于三维内转进气道的燃料提前喷注装置制造方法及图纸

一种基于三维内转进气道的燃料提前喷注装置，涉及近空间高超声速飞行器。设有三维内转进气道和进气道内收缩段；在进气道内收缩段的型面上设有燃料喷注口和燃料喷嘴，所述燃料喷嘴设在燃料喷注口两侧；所述三维内转进气道设有三维内转进气道压缩型面和燃料喷注口；在燃料喷注口上设有喷注口上游分离区和喷注口下游回流区，在燃料喷注口下游形成低速区。通过在三维内转进气道压缩面上按指定空间分布布置细长形燃料喷注口和圆形燃料喷嘴，有效地利用了进气道提供给燃料的预掺混长度，弥补了常规冲压发动机燃料的喷注和掺混仅在燃烧室内完成而造成的燃料实际驻留时间过短的不足，有助于实现充分燃烧，提升下游燃烧室性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维内转进气道的燃料提前喷注装置
本技术涉及近空间高超声速飞行器，尤其是涉及一种基于三维内转进气道的燃料提前喷注装置。
技术介绍
对临近空间的高超声速飞行器，尤其是对其推进系统的研究已然成为国际竞相争夺的尖端科技制高点之一，其中超燃冲压发动机以其高比冲和大推重比的优势而成为推进系统的重点研究对象。但是高超声速飞行器主要工作在高马赫来流的环境下，燃料在燃烧室内的驻留时间以及燃料与空气的有效掺混长度都极短，这就使得燃料的燃烧效率低下，进而导致飞行器推力不足，因此如何通过提高超燃冲压发动机的燃烧效率来提高推力受到重视。国内外学者在改善燃烧上做了大量研究工作，包括方形驻涡、后掠驻涡、燃料垂直喷注、侧壁喷注等等。然而，目前绝大部分的燃料喷注掺混研究都是在燃烧室和隔离段内开展的，很少从一体化的角度出发去考虑将燃料的喷注直接提前到进气道内完成。此外在高于设计马赫数工况下，外压缩波系和强滑流层极易进入内通道引起进气道的总压恢复系数下降和发动机的不稳定工作。由此可见，在高超声速飞行器领域中，设计一种在既能在进气道提前喷注以此来增强燃料掺混并且能利用燃料进行激波系控制的装置至关重要。
技术实现思路
本技术的目的旨在提供一种基于三维内转进气道的燃料提前喷注装置。本技术设有三维内转进气道和进气道内收缩段；在进气道内收缩段的型面上设有燃料喷注口和燃料喷嘴，所述燃料喷嘴设在燃料喷注口两侧；所述三维内转进气道设有三维内转进气道压缩型面和燃料喷注口；在燃料喷注口上设有喷注口上游分离区和喷注口下游回流区，在燃料喷注口下游形成低速区。所述燃料喷注口可采用细长形燃料喷注口。所述燃料喷嘴可采用圆形燃料喷嘴。本技术具有以下优点：通过在三维内转进气道压缩面上按指定空间分布布置细长形燃料喷注口和圆形燃料喷嘴，有效地利用了进气道提供给燃料的预掺混长度，弥补了常规冲压发动机燃料的喷注和掺混仅在燃烧室内完成而造成的燃料实际驻留时间过短的不足，有助于实现充分燃烧，提升下游燃烧室性能。此外，在变马赫数条件下通过燃料射流改变入射激波的弯曲程度，使其保持唇罩封口，提高进气道流量捕获从而有效增加发动机净推力。因此，本技术巧妙地将掺混与激波控制统筹结合起来，可谓是一举两得。附图说明图1是一种高超声速三维内转进气道示意图；图2是一种设置了细长形燃料喷注口和燃料喷嘴的三维内转进气道示意图；图3是三维内收缩进气道的对称面上截取得到的细长形燃料喷注口附近的流场特征示意图；图4是三维内收缩进气道的对称面上燃料提前喷注示意图。具体实施方式如图1～4所示，本技术实施例以典型的三维内转进气道为基础，设有三维内转进气道2和进气道内收缩段3；在进气道内收缩段3的型面上设有细长形燃料喷注口4和圆形燃料喷嘴5，所述圆形燃料喷嘴5设在细长形燃料喷注口4两侧；所述三维内转进气道2设有三维内转进气道压缩型面和细长形燃料喷注口4；在细长形燃料喷注口4上设有喷注口上游分离区7和喷注口下游回流区11，在细长形燃料喷注口4下游形成低速区12。本技术的主要实施步骤包括：(1)根据设计要求获得三维内收缩进气道几何模型。运用特征线法求解相关基本流场，然后采用流线追踪的方法生成三维内转进气道压缩型面3，最终获得一种如图1所示的方形入口转圆形出口的进气道。(2)获得三维内收缩进气道流场结构。对进气道模型进行数值模拟，并提取其三维流场结构，获得在设计马赫数与高于设计马赫数两种工况下的激波波系图。(3)根据步骤(2)获得的进气道流场结构和特征在其内收缩面上布置第1细长形燃料喷注口4。利用在进气道提前喷注燃料来增加有效掺混时长的思路，根据燃料流量需求确定细长形燃料喷注口4的宽度和长度。通过燃料从细长形燃料喷注口4垂直喷入进气道后在自由来流中引起弓形激波8，弓形激波8和逆压力梯度一同作用在细长形燃料喷注口4上游的来流边界层，促使其在细长形燃料喷注口4前发生分离，在此基础上如图2所示设置好细长形燃料喷注口4沿流向分布的间距和数量，使射流能够充分利用细长形燃料喷注口4的上游分离区7和下游的回流区11加强与来流的掺混。(4)在细长形燃料喷注口4两侧布置圆形燃料喷嘴5。布置方式为：在步骤(3)的基础上对带有该细长形燃料喷注口的算例进行仿真计算，截取细长形燃料喷注口4附近的流场特征以及收缩面附面层发展规律。如图3所示，燃料在细长形燃料喷注口4出口形成桶状激波10，对主流形成阻碍，在细长形燃料喷注口4下游形成低速区12，由此在细长形燃料喷注口4垂直于来流方向的两侧布置按照一定空间角度安装的圆形燃料喷嘴5，喷注角度以及喷注总压视流场中桶状激波10的背风低流速区12的分布区域而定。通过调节圆形燃料喷嘴5的喷射角还可以改变射流的穿透深度，从而适应在进气道不同工况下的流场特征。(5)通过合理调节细长形燃料喷注口4和两侧圆形燃料喷嘴5的喷注压力，运用燃料喷注形成的外推效应，结合步骤(2)所获得的波系作用规律，控制进气道入射激波14与燃料射流15碰撞后形成的干扰和激波偏移，实现弯曲激波18贴口。如图4所示，当进气道工作在高于设计马赫数的工况下，由于高马赫数对应的激波角减小，导致外压缩激波打入唇罩以内形成强反射恶化了进气道的工作环境，针对该问题，本技术能够通过调节燃料的喷注压力使得形成诱导激波16将压缩激波外推至贴口，并能通过改变进气道内收缩段3不同位置上的细长形燃料喷注口4的喷注压力，巧妙地实现对弯曲激波18的形状修饰，根据不同需求灵活调节入射激波与唇口的相对位置。在图1和2中，标记1表示高超声速来流。在图3中，标记6表示自由来流，9表示燃料射流边界。在图4中，标记13表示自由来流，17表示进气道壁面。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维内转进气道的燃料提前喷注装置，其特征在于设有三维内转进气道和进气道内收缩段；在进气道内收缩段的型面上设有燃料喷注口和燃料喷嘴，所述燃料喷嘴设在燃料喷注口两侧；所述三维内转进气道设有三维内转进气道压缩型面和燃料喷注口；在燃料喷注口上设有喷注口上游分离区和喷注口下游回流区，在燃料喷注口下游形成低速区。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维内转进气道的燃料提前喷注装置，其特征在于设有三维内转进气道和进气道内收缩段；在进气道内收缩段的型面上设有燃料喷注口和燃料喷嘴，所述燃料喷嘴设在燃料喷注口两侧；所述三维内转进气道设有三维内转进气道压缩型面和燃料喷注口；在燃料喷注口上设有喷注口上游分...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤延铖，李铭峰，朱呈祥，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：福建,35