用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构制造技术

本发明专利技术提出一种用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构，该结构的三个柱体结构安装在基座上，呈直线排列，两两间距为5mm；多孔外壳为金属颗粒烧结的多孔介质材料构成，多孔外壳包裹在空心支撑杆顶部并烧结为柱状结构整体；燃料分配给三个柱体结构，并通过空心支撑杆底部注入口进入多孔外壳的空腔内。本发明专利技术解决了现有高超声速飞行器超燃冲压发动机内燃料供给结构无法长时间工作的问题，采用三个金属颗粒烧结多孔材料制成的空心柱状结构来同时进行燃料的注入，在燃料供给的同时利用燃料进行全覆盖的发汗冷却，同时利用三柱状结构的设计平衡冷却需求与流量分配之间的关系。

Three pillar fuel supply structure for scramjet of hypersonic vehicle

The invention provides a three pillar fuel supply structure for scramjet of hypersonic vehicle. The three pillar structures of the structure are installed on the base, arranged in a straight line, with a distance of 5mm between the two; the porous shell is made of porous media material sintered by metal particles, the porous shell is wrapped on the top of the hollow support rod and sintered as a whole; the fuel is distributed to three pillars The column structure enters the cavity of the porous shell through the injection port at the bottom of the hollow support rod. The invention solves the problem that the fuel supply structure in the scramjet of the existing hypersonic vehicle can not work for a long time, adopts the hollow cylindrical structure made of three metal particles sintered porous materials to inject the fuel at the same time, uses the fuel to carry out the sweat cooling with full coverage while supplying the fuel, and uses the design of the three cylindrical structure to balance the cooling demand and The relationship between traffic distribution.

【技术实现步骤摘要】
用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构
本专利技术涉及一种用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构，用于高超声速飞行器超燃冲压发动机内部为燃烧室供给碳氢燃料，属于超燃冲压发动机

技术介绍
超燃冲压发动机热防护是世界各国高超声速飞行器推进技术研究的重点和难点。一般认为超声速飞行器的冲压发动机工作在飞行马赫数2至5之间，而高超声速飞行器的超燃冲压发动机工作在飞行马赫数5以上。超燃冲压发动机的特点是：由于飞行马赫数过高，发动机进气的总温极高，甚至可以高达2000K以上，进气道不能将来流压缩至亚声速以防止静温过高，进入到燃烧室内的气流全程保持超声速状态，燃烧在超声速气流中进行。目前没有任何材料可以在不使用主动冷却的情况下在超燃冲压发动机内长时间正常工作。目前在超燃冲压发动机内利用高温合金锥形支板燃料供给结构实现的中心稳燃技术，其目的在于保持燃烧处于远离发动机壁面的主流核心区域，然而这种方式的问题在于高温合金锥形支板前缘由于尺寸和加工工艺的限制，无法在其内部加工冷却通道，只能依靠材料的耐热性能进行被动热防护，长时间工作将被烧毁。目前超燃冲压发动机地面试验中，为了保证高温合金锥形支板燃料供给结构可以正常工作，采用了两种操作手段：一是降低发动机入口的来流总温，二是减少试验中发动机工作的时间，这两种手段都没有从根本上解决燃料供给结构无法长时间工作的问题。
技术实现思路
本专利技术为解决高超声速飞行器超燃冲压发动机内燃料供给结构无法长时间工作的问题，提出一种用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的多孔三柱状燃料供给结构，采用三个金属颗粒烧结多孔材料制成的空心柱状结构来同时进行燃料的注入，在燃料供给的同时利用燃料对供给结构进行全覆盖的发汗冷却，利用三柱状结构的设计平衡冷却需求与流量分配之间的关系。本专利技术提出一种用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构包括三个柱体结构和基座，所述三个柱体结构上部均设置于基座的上方，下部均贯穿出基座，三个柱体结构的排布方式为直线排列，两两间距为5mm；所述柱体结构包括多孔外壳和空心支撑杆，所述多孔外壳包裹在空心支撑杆顶部并烧结为柱体结构整体，所述空心支撑杆贯穿出基座；所述多孔外壳为空心圆柱结构，内部包有空腔，所述多孔外壳为金属颗粒烧结的多孔介质材料构成，所述金属颗粒的材料成分为06Cr17Ni12Mo2，所述金属颗粒的尺寸为25至35微米，烧结后的多孔材料的孔隙率为0.25至0.35，所述多孔材料内部形成的孔道为微米级通道；所述空心支撑杆内部纵向设置有注入通道，所述注入通道与空腔连通，所述空心支撑杆底部设置有注入口，燃料通过注入口进入注入通道，然后注入到多孔外壳的空腔内。优选地，所述多孔外壳的高度为25mm，外径为10mm，壁厚为3mm。优选地，所述空心支撑杆为钢结构，所述钢结构的材料成分为06Cr17Ni12Mo2。优选地，所述基座上设置有三个T型嵌入孔，所述空心支撑杆穿过嵌入孔。优选地，所述基座为钢结构，所述钢结构的材料成分为1Cr18Ni9。优选地，所述空心支撑杆的底部贯穿出基座的底部。本专利技术所述的用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构的工作原理为：三个柱体结构按照发动机来流方向直线排列，由第一个柱体结构承担弓形激波带来的主要气动热负荷，由第二个柱体结构承担斜激波带来的次要的气动热负荷，由第三个柱体结构承担流量分配调节与安全备份的工作。柱体结构的多孔空心圆柱外壳为金属颗粒烧结多孔材料制成的带有大量微米级通道的多孔介质，具有一定压力的燃料由空心支撑杆注入到多孔空心圆柱内的空腔，燃料的压力高于外界环境的静压，在压差的驱动下燃料沿着多孔空心圆柱外壳的微细通道进行渗透，在渗透的同时对外壳的金属骨架进行冷却，最终燃料渗透到多孔空心圆柱外壳的外表面，并进入到燃烧室内，同时在多孔空心圆柱外壳的外表面形成全覆盖的冷却膜。当超燃冲压发动机来流总压过大时，由于弓形激波与斜激波的气动滞止作用，导致第一个柱体和第二个柱体的外部局部静压过大，导致燃料的注入流量下降，此时由第三个柱体结构提供额外的流量注入保证总流量稳定。该结构采用金属颗粒烧结多孔材料制成的空心柱状结构为超燃冲压发动机进行燃料的注入供给，采用多孔介质发汗的形式将燃料注入到超燃冲压发动机燃烧室，在燃料注入的过程中实现了多孔介质全覆盖发汗冷却，燃料被作为冷却剂对多孔柱状注入结构进行冷却，采用三柱体结构设计实现冷却需求与流量分配的平衡。本专利技术所述的用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构的有益效果为：1、本专利技术所述的用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构，不仅能够进行正常的燃料注入，同时还能为注入结构提供全覆盖的发汗冷却；2、本专利技术所述的用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构，利用金属颗粒烧结多孔介质将燃料注入到超燃冲压发动机燃烧室内，可以加强燃料的雾化和气化效果，并提升燃料与空气的掺混效果；3、本专利技术所述的用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构，在超燃冲压发动机内高焓超声速气流环境中，该结构利用燃料供给的发汗过程来实现发汗冷却，将燃料供给过程、燃料分配过程及结构冷却过程耦合在一起，提升燃料供给结构的可靠性；4、本专利技术所述的用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构，利用三柱体结构设计实现了冷却需求与流量分配的平衡，可同时解决弓形激波和斜激波带来的气动热负荷和气动滞止问题。附图说明图1是本专利技术所述的用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构的结构示意图；图2是本专利技术所述的用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构的立体结构图；图3是本专利技术所述的用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构的多孔外壳扫描电镜照片；图4是本专利技术所述的用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构的稳定工作时状态；图5是本专利技术所述的用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构在稳定工作时的表面温度分布；附图标记：1-多孔外壳；2-空腔；3-空心支撑杆；4-注入通道；5-注入口；6-基座。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明：具体实施方式一：参见图1-图5说明本实施方式。本实施方式所述的用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构，包括三个柱体结构和基座6，所述三个柱体结构上部均设置于基座6的上方，下部均贯穿出基座6，三个柱体结构的排布方式为直线排列，两两间距为5mm；所述柱体结构包括多孔外壳1和空心支撑杆3，所述多孔外壳1包裹在空心支撑杆3顶部并烧结为柱体结构整体，所述空心支撑杆3贯穿出基座6；所述多孔外壳1为空心圆柱结构，内部包有空腔2，所述多孔外壳1为金属颗粒烧结的多孔介质材料构成，所述金属颗粒的材料成分为06Cr17Ni12Mo2，所述金属颗粒的尺寸为25至35微米，烧结后的多孔材料的孔隙率为0.25至0.35，所述多孔材料内部形成的孔道为微米级通道；所述空心支撑杆3内部纵向设置有注入通道4，所述注入通道4与空腔2连通，所述空心支撑杆3底部设置有注入口5，燃料通过注入口5进入注入通道4，然后注入到多孔外壳1的空腔2内，并以发汗的形式注入到外界环境。所述多孔外壳1的高度为25mm，外径为10mm，壁厚为3m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构，其特征在于，包括三个柱体结构和基座(6)，三个柱体结构上部均设置于基座(6)的上方，下部均贯穿出基座(6)，三个柱体结构的排布方式为直线排列，两两间距为5mm；所述柱体结构包括多孔外壳(1)和空心支撑杆(3)，所述多孔外壳(1)包裹在空心支撑杆(3)的顶部并烧结为柱体结构整体，所述空心支撑杆(3)贯穿出基座(6)；所述多孔外壳(1)为空心圆柱结构，内部包有空腔(2)，所述多孔外壳(1)为金属颗粒烧结的多孔介质材料构成，所述金属颗粒的材料成分为06Cr17Ni12Mo2，所述金属颗粒的尺寸为25至35微米，烧结后的多孔材料的孔隙率为0.25至0.35，所述多孔材料内部形成的孔道为微米级通道；所述空心支撑杆(3)内部纵向设置有注入通道(4)，所述注入通道(4)与空腔(2)连通，所述空心支撑杆(3)底部设置有注入口(5)，燃料通过注入口(5)进入注入通道(4)，然后注入到多孔外壳(1)的空腔(2)内。

【技术特征摘要】
1.一种用于高超声速飞行器超燃冲压发动机的三柱燃料供给结构，其特征在于，包括三个柱体结构和基座(6)，三个柱体结构上部均设置于基座(6)的上方，下部均贯穿出基座(6)，三个柱体结构的排布方式为直线排列，两两间距为5mm；所述柱体结构包括多孔外壳(1)和空心支撑杆(3)，所述多孔外壳(1)包裹在空心支撑杆(3)的顶部并烧结为柱体结构整体，所述空心支撑杆(3)贯穿出基座(6)；所述多孔外壳(1)为空心圆柱结构，内部包有空腔(2)，所述多孔外壳(1)为金属颗粒烧结的多孔介质材料构成，所述金属颗粒的材料成分为06Cr17Ni12Mo2，所述金属颗粒的尺寸为25至35微米，烧结后的多孔材料的孔隙率为0.25至0.35，所述多孔材料内部形成的孔道为微米级通道；所述空心支撑杆(3)内部纵向设置有注入通道(4)，所述注入通道(4)与空腔(2)连通，所述空心支撑杆(3)底部设置有注入口(5)，燃料通过注入口(5)进入注入通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟星，肖雪峰，张军龙，赵广播，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23