旋转爆震燃烧室及具有其的发动机制造技术

本发明专利技术公开了一种旋转爆震燃烧室及具有其的发动机，包括：呈空心筒状且两端连通的外套体，外套体的轴孔中设有呈柱状且沿外套体的长度方向布设的内柱，外套体与内柱之间的间隙构成引流环道和爆震燃烧环道，引流环道的进流端与氧化剂供给系统相连。外套体内设有第一喷注系统，第一喷注系统的进流端与燃料供给系统相连，第一喷注系统的输出端贯穿引流环道的外环壁并与引流环道的内腔连通以沿外套体周向将燃料喷入引流环道内。爆震燃烧环道的内环壁上设有用于稳定爆震燃烧火焰且呈环形的凹腔，凹腔由爆震燃烧环道的内环壁内凹形成。和/或爆震燃烧环道的外环壁上设有用于稳定爆震燃烧火焰且呈环形的凹腔，凹腔由爆震燃烧环道的外环壁内凹形成。

Rotary detonation combustor and its engine

【技术实现步骤摘要】
旋转爆震燃烧室及具有其的发动机
本专利技术涉及航空发动机领域，特别地，涉及一种旋转爆震燃烧室。此外，本专利技术还涉及一种包括上述旋转爆震燃烧室的发动机。
技术介绍
高超声速飞行器是实现高速突防、2小时全球到达、廉价进入空间的战略性高技术，其发展将改变未来战争形态，是21世纪航空航天技术新的制高点，其核心是高超声速推进技术。与传统的等压燃烧模式相比，爆震燃烧释热速度快、循环热效率高，具有更大的优势。连续旋转爆震是爆震发动机的一种实现形式，它通常采用环形燃烧室，只需要一次点火即可连续工作，能够提供稳定的推力，具有广阔的应用前景。连续旋转爆震冲压发动机的原理可行性已获得充分验证，但该发动机的工程应用遇到了较大困难，目前的冲压旋转爆震试验都以氢气作为燃料，但是氢气难储存、体积能量密度小，不适合工程应用，液体煤油等碳氢燃料易储存、体积能量密度大，更适合于发动机的工程应用。但是煤油燃料的活性低，旋转爆震起爆和维持的难度很大，采用传统的环形等直燃烧室很难实现其旋转爆震高效燃烧，限制了旋转爆震冲压发动机的工程研制。
技术实现思路
本专利技术提供了一种旋转爆震燃烧室及具有其的发动机，以解决现有的旋转爆震冲压发动机不能采用煤油等低活性燃料作为爆震燃烧燃料的技术问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种旋转爆震燃烧室，用于低活性燃料旋转爆震稳定燃烧，旋转爆震燃烧室包括：呈空心筒状且两端连通的外套体，外套体的轴孔中设有呈柱状且沿外套体的长度方向布设的内柱，外套体与内柱之间的间隙构成供氧化剂和燃料混合成混合流的引流环道和供混合流进行旋转爆震燃烧的爆震燃烧环道，引流环道和爆震燃烧环道沿轴向依次设置且相连，且引流环道的进流端与用于供给氧化剂的氧化剂供给系统相连；外套体内设有第一喷注系统，第一喷注系统的进流端与用于供给燃料的燃料供给系统相连，第一喷注系统的输出端贯穿引流环道的外环壁并与引流环道的内腔连通，以沿外套体周向将燃料喷入引流环道内；爆震燃烧环道的内环壁上设有用于稳定爆震燃烧火焰且呈环形的凹腔，凹腔由爆震燃烧环道的内环壁内凹形成；和/或爆震燃烧环道的外环壁上设有用于稳定爆震燃烧火焰且呈环形的凹腔，凹腔由爆震燃烧环道的外环壁内凹形成。进一步地，凹腔包括沿爆震燃烧环道径向布设的前壁、与前壁的内侧相交且沿爆震燃烧环道的长度方向延伸的底壁、与底壁相交的后壁；后壁位于前壁的下游且与前壁构成凹腔的侧壁；底壁构成凹腔的底面。进一步地，凹腔的纵向剖面为直角梯形；前壁为直角梯形的直角边；底壁为直角梯形的底边；后壁为直角梯形的斜边。进一步地，前壁的高度为0.5倍～2倍爆震燃烧环道的高度；底壁的长度为4倍～10倍前壁的高度；后壁与底壁之间的夹角为15°～75°。进一步地，最靠近引流环道出流端的凹腔距爆震燃烧环道进流端端面的距离为0倍～2倍旋转爆震产生的旋转爆震波的高度。进一步地，爆震燃烧环道的内环壁上设有多个凹腔，多个凹腔沿爆震燃烧环道的长度方向依次间隔设置；和/或爆震燃烧环道的外环壁上设有多个凹腔，多个凹腔沿爆震燃烧环道的长度方向依次间隔设置。进一步地，第一喷注系统包括与燃料供给系统相连的多个第一喷口，多个第一喷口沿引流环道的周向依次间隔设置于引流环道的外环壁上，且各第一喷口距爆震燃烧环道进流端端面的距离为10mm～20mm。进一步地，爆震燃烧环道的内环壁上设有凹腔，内柱内设有与燃料供给系统连通的第二喷注系统，第二喷注系统与凹腔连通以向凹腔内喷注燃料；和/或爆震燃烧环道的外环壁上设有凹腔，外套体内还设有与燃料供给系统连通的第三喷注系统，第三喷注系统与凹腔连通以向凹腔内喷注燃料。进一步地，第二喷注系统和/或第三喷注系统均包括与燃料供给系统相连的多个第二喷口，多个第二喷口沿前壁的环向依次间隔设置于前壁上；或第二喷注系统和/或第三喷注系统均包括与燃料供给系统相连的多个第三喷口，多个第三喷口沿底壁的周向依次间隔设置于底壁上；或第二喷注系统和/或第三喷注系统均包括与燃料供给系统相连的多个第四喷口，多个第四喷口沿爆震燃烧环道的周向依次间隔设置于爆震燃烧环道的内环壁上，且多个第四喷口位于待喷注燃料的凹腔的上游。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种发动机，发动机内设有如上述的旋转爆震燃烧室。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的旋转爆震燃烧室，爆震燃烧环道对喷入的混合流组织旋转爆震燃烧的同时，通过设置于其内环壁和/或外环壁上的凹腔对旋转爆震燃烧产生的火焰进行稳定，使凹腔内形成持续燃烧的高温火焰，提高凹腔区域及上游的混合流的温度，进而大大降低低活性燃料旋转爆震起爆和爆震维持的难度，使液体煤油等低活性燃料与氧化剂形成的混合流能够在爆震燃烧环道内进行连续旋转爆震，从而解决采用液体煤油等低活性燃料使发动机不易实现工程应用的技术难题，促进旋转爆震冲压发动机的工程研制。本专利技术的发动机，由于本专利技术的发动机中设有如上述的旋转爆震燃烧室，故而本专利技术的发动机对喷入的燃料和氧化剂组织旋转爆震燃烧的同时，通过设置于旋转爆震燃烧室内的凹腔对旋转爆震燃烧产生的火焰进行稳定，使凹腔内形成持续燃烧的高温火焰，提高凹腔区域及上游的混合流的温度，进而大大降低低活性燃料旋转爆震起爆和爆震维持的难度，使液体煤油等低活性燃料与氧化剂形成的混合流能够在发动机内进行连续旋转爆震，从而解决采用液体煤油等低活性燃料使发动机不易实现工程应用的技术难题，促进旋转爆震冲压发动机的工程研制。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的旋转爆震燃烧室的剖面结构示意图。图例说明10、外套体；20、内柱；30、引流环道；40、爆震燃烧环道；50、第一喷注系统；51、第一喷口；60、凹腔；601、前壁；602、底壁；603、后壁；70、第二喷注系统；71、第二喷口。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。参照图1，本专利技术的优选实施例提供了一种旋转爆震燃烧室，用于低活性燃料旋转爆震稳定燃烧，旋转爆震燃烧室包括：呈空心筒状且两端连通的外套体10，外套体10的轴孔中设有呈柱状且沿外套体10的长度方向布设的内柱20，外套体10与内柱20之间的间隙构成供氧化剂和燃料混合成混合流的引流环道30和供混合流进行旋转爆震燃烧的爆震燃烧环道40，引流环道30和爆震燃烧环道40沿轴向依次设置且相连，且引流环道30的进流端与用于供给氧化剂的氧化剂供给系统(图未示)相连。外套体10内设有第一喷注系统50，第一喷注系统50的进流端与用于供给燃料的燃料供给系统(图未示)相连，第一喷注系统50的输出端贯穿引流环道30的外环壁并与引流环道30的内腔连通，以沿外套体10的周向将燃料喷入引流环道30内。爆震燃烧环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转爆震燃烧室，其特征在于，用于低活性燃料旋转爆震稳定燃烧，所述旋转爆震燃烧室包括：/n呈空心筒状且两端连通的外套体(10)，所述外套体(10)的轴孔中设有呈柱状且沿所述外套体(10)的长度方向布设的内柱(20)，所述外套体(10)与所述内柱(20)之间的间隙构成供氧化剂和燃料混合成混合流的引流环道(30)和供所述混合流进行旋转爆震燃烧的爆震燃烧环道(40)，所述引流环道(30)和所述爆震燃烧环道(40)沿轴向依次设置且相连，且所述引流环道(30)的进流端与用于供给所述氧化剂的氧化剂供给系统相连；/n所述外套体(10)内设有第一喷注系统(50)，所述第一喷注系统(50)的进流端与用于供给所述燃料的燃料供给系统相连，所述第一喷注系统(50)的输出端贯穿所述引流环道(30)的外环壁并与所述引流环道(30)的内腔连通，以沿所述外套体(10)周向将燃料喷入所述引流环道(30)内；/n所述爆震燃烧环道(40)的内环壁上设有用于稳定爆震燃烧火焰且呈环形的凹腔(60)，所述凹腔(60)由所述爆震燃烧环道(40)的内环壁内凹形成；和/或/n所述爆震燃烧环道(40)的外环壁上设有用于稳定爆震燃烧火焰且呈环形的凹腔(60)，所述凹腔(60)由所述爆震燃烧环道(40)的外环壁内凹形成。/n...

【技术特征摘要】
1.一种旋转爆震燃烧室，其特征在于，用于低活性燃料旋转爆震稳定燃烧，所述旋转爆震燃烧室包括：
呈空心筒状且两端连通的外套体(10)，所述外套体(10)的轴孔中设有呈柱状且沿所述外套体(10)的长度方向布设的内柱(20)，所述外套体(10)与所述内柱(20)之间的间隙构成供氧化剂和燃料混合成混合流的引流环道(30)和供所述混合流进行旋转爆震燃烧的爆震燃烧环道(40)，所述引流环道(30)和所述爆震燃烧环道(40)沿轴向依次设置且相连，且所述引流环道(30)的进流端与用于供给所述氧化剂的氧化剂供给系统相连；
所述外套体(10)内设有第一喷注系统(50)，所述第一喷注系统(50)的进流端与用于供给所述燃料的燃料供给系统相连，所述第一喷注系统(50)的输出端贯穿所述引流环道(30)的外环壁并与所述引流环道(30)的内腔连通，以沿所述外套体(10)周向将燃料喷入所述引流环道(30)内；
所述爆震燃烧环道(40)的内环壁上设有用于稳定爆震燃烧火焰且呈环形的凹腔(60)，所述凹腔(60)由所述爆震燃烧环道(40)的内环壁内凹形成；和/或
所述爆震燃烧环道(40)的外环壁上设有用于稳定爆震燃烧火焰且呈环形的凹腔(60)，所述凹腔(60)由所述爆震燃烧环道(40)的外环壁内凹形成。


2.根据权利要求1所述的旋转爆震燃烧室，其特征在于，
所述凹腔(60)包括沿所述爆震燃烧环道(40)径向布设的前壁(601)、与所述前壁(601)的内侧相交且沿所述爆震燃烧环道(40)的长度方向延伸的底壁(602)、与所述底壁(602)相交的后壁(603)；
所述后壁(603)位于所述前壁(601)的下游且与所述前壁(601)构成所述凹腔(60)的侧壁；
所述底壁(602)构成所述凹腔(60)的底面。


3.根据权利要求2所述的旋转爆震燃烧室，其特征在于，
所述凹腔(60)的纵向剖面为直角梯形；
所述前壁(601)为所述直角梯形的直角边；
所述底壁(602)为所述直角梯形的底边；
所述后壁(603)为所述直角梯形的斜边。


4.根据权利要求3所述的旋转爆震燃烧室，其特征在于，
所述前壁(601)的高度为0.5倍～2倍所述爆震燃烧环道(40)的高度；
所述底壁(602)的长度为4倍～10倍所述前壁(601)的高度；
所述后壁(603)与所述底壁(602)之间的夹角为15°～75°。


5.根据权利要求1所述的旋转爆...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世杰，彭皓阳，刘卫东，张海龙，孙明波，蒋露欣，蔡晓东，于江飞，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43