一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法技术方案

本发明专利技术的高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法，为克服现有发动机燃料裂解过程选择性不强，化学热沉较低的技术问题，本发明专利技术的供应系统包括燃料贮箱、电加热装置、输送管路、分配管路、多个喷注器、气瓶、减压阀及控制单元；燃料贮箱设置在高速吸气式发动机的换热通道的换热面处，燃料贮箱内贮存有固体燃料；气瓶的出口通过减压阀与燃料贮箱连接；电加热装置用于对燃料贮箱进行加热；多个喷注器的出口朝向燃烧室内；输送管路的入口与燃料贮箱的出口连接，输送管路的出口与换热通道的入口连接，输送管路上还设置有电磁阀；分配管路包括主管路、多个分支管路及燃料分配阀，主管路的入口与换热通道的出口连接。

A Fuel Supply System and Method for High Speed Suction Engine

In order to overcome the technical problems of low selectivity and low chemical heat sink in the fuel cracking process of the existing engine, the fuel supply system of the present invention includes fuel storage tank, electric heating device, conveying pipeline, distribution pipeline, multiple injectors, cylinders, pressure reducing valve and control unit; and the fuel storage tank is arranged at high speed suction. Solid fuel is stored in the fuel tank at the heat transfer surface of the heat transfer passage of the gas engine; the outlet of the cylinder is connected with the fuel tank through a pressure reducing valve; the electric heating device is used to heat the fuel tank; the outlet of multiple injectors is directed towards the combustion chamber; the inlet of the conveying pipeline is connected with the outlet of the fuel tank; and the outlet of the conveying pipeline is connected with the inlet of the heat transfer passage. A solenoid valve is also installed in the feeding pipeline, and the distribution pipeline includes a main pipeline, a plurality of branch pipelines and a fuel distribution valve. The inlet of the main pipeline is connected with the outlet of the heat exchange channel.

【技术实现步骤摘要】
一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法
本专利技术属于火箭冲压组合发动机领域，具体的说，涉及一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法。
技术介绍
超燃冲压发动机及RBCC发动机等高超声速吸气式发动机工作在高超声速来流条件下，燃烧组织和热防护是其核心关键技术。发动机燃烧室12内气流马赫数较大，燃烧组织困难，需要在有限的燃烧室12长度内实现燃料的高效释热，这就要求进入燃烧室12的燃料要具备点火延迟时间短、火焰传播速度快、自燃点低的特性。此外，高超声速吸气式发动机承受非常严苛的热环境，通常采取燃料主动冷却方案，有限的燃料流量需要冷却较大的防热面积，这就要求燃料具有热沉大，结焦特性优，裂解产物选择性好的特性。目前，飞行马赫数低于7的超燃冲压发动机和RBCC发动机通常采用液态煤油或吸热型碳氢燃料作为发动机燃料，燃料采用挤压或泵压式系统增压，进入发动机壁面的换热通道，在通道内温度升高并发生裂解反应，换热后的燃料可能是多种碳氢化合物的混合物，喷入燃烧室12组织燃烧。然而，由于煤油和吸热型碳氢燃料的成分复杂，裂解成分包含C1～C10的多种碳氢化合物，裂解(含催化)过程选择性不强，化学热沉较低，烷烃含量高，燃烧特性不及烯烃(如乙烯)燃料。因此，研制一种能够使用总热沉高、能够裂解生成小分子烯烃的燃料的高超声速吸气式发动机燃料供应方法非常必要。
技术实现思路
为克服现有发动机燃料裂解过程选择性不强，化学热沉较低的技术问题，本专利技术提供了一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法。本专利技术的技术解决方案是：本专利技术的高速吸气式发动机的燃料供应系统，其特殊之处在于：包括燃料贮箱2、电加热装置3、输送管路、分配管路、多个喷注器11、气瓶5、减压阀6及控制单元8；所述燃料贮箱2设置在高速吸气式发动机的换热通道10的换热面14处，所述燃料贮箱2内贮存有固态高分子直链聚合物；所述气瓶5的出口通过减压阀6与燃料贮箱2连接；所述电加热装置3用于对燃料贮箱2进行加热；所述多个喷注器11的出口朝向燃烧室12内；所述输送管路的入口与燃料贮箱2的出口连接，所述输送管路的出口与换热通道10的入口连接，所述输送管路上还设置有电磁阀1；所述分配管路包括主管路、多个分支管路及燃料分配阀7，所述主管路的入口与换热通道10的出口连接，所述主管路的出口与燃料分配阀7的入口连接；所述燃料分配阀7具有与多个分支管路一一对应的出口；所述多个分支管路的入口与燃料分配阀7的出口一一对应连接；所述多个分支管路的出口与多个喷注器11的入口一一对应连接；所述控制单元8分别与电磁阀1、电加热装置3及燃料分配阀7连接。进一步地，所述电加热装置3包括电热丝及供电开关6，所述电热丝设置在燃料贮箱2内侧或外侧，所述控制单元8通过供电开关6控制电热丝的加热。进一步地，所述固态高分子直链聚合物为聚乙烯。同时，本专利技术还提供了一种高速吸气式发动机的燃料供应方法，其特殊之处在于,包括以下步骤：1)以固态高分子直链聚合物为燃料；2)对燃料进行加热，使其融化；3)推动融化了的燃料进入发动机壁面的换热通道10；4)燃料在换热通道10中被加热，进而发生液态换热、汽化、催化裂解及气态换热的过程，在换热通道10出口处形成低分子高温气体；5)利用喷注器11将低分子高温气体喷入燃烧室12。进一步地，步骤1)中的固态高分子直链聚合物为聚乙烯。本专利技术与现有技术相比，有益效果是：本专利技术的高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法，以固态高分子直链聚合物作为燃料，具有燃料密度高、密度比冲高的特点，能够拓展飞行器航程；固态燃料能够长期贮存，裂解选择性强，总热沉大；裂解产物燃烧特性好，能够缩短燃烧室尺寸，降低热防护对燃料流量的需求。附图说明图1为应用本专利技术高速吸气式发动机的燃料供应系统的高超声速吸气式发动机原理示意图。图2为图1中换热通道处的放大图。其中附图标记为：1-电磁阀、2-燃料贮箱、3-电加热装置、4-减压器、5-气瓶、6-供电开关、7-燃料分配阀、8-控制单元、9-喷管、10-换热通道、11-喷注器、12-燃烧室、13-喷注器、14-换热面、15-进气系统。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行详细说明。图1为应用本专利技术高速吸气式发动机的燃料供应系统的高超声速吸气式发动机原理示意图，发动机的空气流道包括依次设置的进气系统15、燃烧室12及喷管9，发动机壁面内设置有换热通道10。进气系统15进入的是空气。如图2所示，本专利技术的燃料供应系统，包括燃料贮箱2、电加热装置3、输送管路、分配管路、多个喷注器11、气瓶5、减压阀6及控制单元8；燃料贮箱2设置在高速吸气式发动机的换热通道10的换热面14处，燃料贮箱2内贮存有固体燃料；气瓶5的出口通过减压阀6与燃料贮箱2连接；电加热装置3用于对燃料贮箱2进行加热；喷注器11及喷注器13的出口朝向燃烧室12内；输送管路的入口与燃料贮箱2的出口连接，输送管路的出口与换热通道10的入口连接，输送管路上还设置有电磁阀1；分配管路包括主管路、多个分支管路及燃料分配阀7，主管路的入口与换热通道10的出口连接，主管路的出口与燃料分配阀7的入口连接；燃料分配阀7具有与多个分支管路一一对应的出口；多个分支管路的入口与燃料分配阀7的出口一一对应连接；多个分支管路的出口与多个喷注器11的入口一一对应连接；控制单元8分别与电磁阀1、电加热装置3及燃料分配阀7连接。电加热装置3包括电热丝及供电开关6，电热丝设置在燃料贮箱2内侧或外侧，控制单元8通过供电开关6控制电热丝的加热。本专利技术的高速吸气式发动机的燃料供应方法，发动机采用以聚乙烯为代表的固态高分子直链聚合物为燃料，将固态高分子聚合物加热后浇注到燃料贮箱2内，此后使之冷却固化；发动机工作前，通过电加热使固态燃料熔化；贮箱内气体经气瓶5挤压或燃料蒸发等形成的压力推动熔融状态的燃料进入发动机壁面的换热通道10，燃料在换热通道10内经历液态换热、汽化、催化裂解，气态换热等过程，在换热通道10出口形成以烯烃(如乙烯)为主要成分的高温气体，高温气体通过喷注器11及喷注器13进入燃烧室12与空气燃烧；当发动机壁面温度升高后，可通过换热加热燃料，同时以电加热作为辅助加热方式。本专利技术的原理：以聚乙烯为例，聚乙烯通过加热熔化具有流动性，能够作为发动机冷却剂；聚乙烯的高温裂解或催化裂解温度在300～400℃之间，低于发动机壁面温度，具有裂解可行性；聚乙烯裂解过程具有很好的选择性，主要以乙烯为裂解产物，换热及裂解过程总热沉高于吸热型碳氢燃料；裂解产物以乙烯为主，点火延迟时间短，自燃点低，火焰传播速度快，燃烧效率高，进一步缩短了燃烧室12的长度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速吸气式发动机的燃料供应系统，其特征在于：包括燃料贮箱(2)、电加热装置(3)、输送管路、分配管路、多个喷注器(11)、气瓶(5)、减压阀(6)及控制单元(8)；所述燃料贮箱(2)设置在高速吸气式发动机的换热通道(10)的换热面(14)处，所述燃料贮箱(2)内贮存有固态高分子直链聚合物；所述气瓶(5)的出口通过减压阀(6)与燃料贮箱(2)连接；所述电加热装置(3)用于对燃料贮箱(2)进行加热；所述多个喷注器(11)的出口朝向燃烧室(12)内；所述输送管路的入口与燃料贮箱(2)的出口连接，所述输送管路的出口与换热通道(10)的入口连接，所述输送管路上还设置有电磁阀(1)；所述分配管路包括主管路、多个分支管路及燃料分配阀(7)，所述主管路的入口与换热通道(10)的出口连接，所述主管路的出口与燃料分配阀(7)的入口连接；所述燃料分配阀(7)具有与多个分支管路一一对应的出口；所述多个分支管路的入口与燃料分配阀(7)的出口一一对应连接；所述多个分支管路的出口与多个喷注器(11)的入口一一对应连接；所述控制单元(8)分别与电磁阀(1)、电加热装置(3)及燃料分配阀(7)连接。

【技术特征摘要】
1.一种高速吸气式发动机的燃料供应系统，其特征在于：包括燃料贮箱(2)、电加热装置(3)、输送管路、分配管路、多个喷注器(11)、气瓶(5)、减压阀(6)及控制单元(8)；所述燃料贮箱(2)设置在高速吸气式发动机的换热通道(10)的换热面(14)处，所述燃料贮箱(2)内贮存有固态高分子直链聚合物；所述气瓶(5)的出口通过减压阀(6)与燃料贮箱(2)连接；所述电加热装置(3)用于对燃料贮箱(2)进行加热；所述多个喷注器(11)的出口朝向燃烧室(12)内；所述输送管路的入口与燃料贮箱(2)的出口连接，所述输送管路的出口与换热通道(10)的入口连接，所述输送管路上还设置有电磁阀(1)；所述分配管路包括主管路、多个分支管路及燃料分配阀(7)，所述主管路的入口与换热通道(10)的出口连接，所述主管路的出口与燃料分配阀(7)的入口连接；所述燃料分配阀(7)具有与多个分支管路一一对应的出口；所述多个分支管路的入口与燃料分配阀(7)的出口一一对应连接；所述多个分支管路的出口与多个喷注器(11)的入...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜泉，付秀文，李光熙，刘昊，张蒙正，路媛媛，汪广旭，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61