一种采用喷水加力的吸气式冲压发动机制造技术

本发明专利技术涉及一种采用喷水加力的吸气式冲压发动机，包括：发动机主体(1)，燃料喷注单元(2)和喷水单元(3)；所述发动机主体(1)包括：凹腔燃烧室(11)；所述燃料喷注单元(2)与所述凹腔燃烧室(11)的上游相连接，所述喷水单元(3)与所述凹腔燃烧室(11)的下游相连接；所述喷水单元(3)中的喷嘴(31)嵌入在所述凹腔燃烧室(11)下游的侧壁上，其中，所述喷嘴(31)的喷口朝向所述凹腔燃烧室(11)的下游方向，且与所述发动机主体(1)的主流方向呈锐角设置。发动机主体(1)的主流方向呈锐角设置。发动机主体(1)的主流方向呈锐角设置。

【技术实现步骤摘要】
一种采用喷水加力的吸气式冲压发动机


[0001]本专利技术涉及吸气式冲压发动机领域，尤其涉及一种采用喷水加力的吸气式冲压发动机。

技术介绍

[0002]作为高超声速飞行器的核心动力部件，吸气式冲压发动机的性能决定了整个系统的飞行马赫数、航程等关键技术指标。再生冷却发动机的工作过程非常复杂，利用煤油的物理、化学热沉吸收壁面热量，进而起到结构热防护的作用；将高温气化煤油喷注到凹腔火焰稳定器下游，裂解后的小分子燃料与高焓来流发生剧烈的化学反应。因此，发动机推力大小强烈依赖于喷注策略、发动机构型以及冷却方案等，同时还与飞行参数关系十分密切。
[0003]传统方案中，通过提高燃料/空气当量比是一种简单、直接增加系统性能的技术手段，通过更多燃料参与化学反应释放热量来提升燃气做功的能力。在确保推力性能达标的情况下应尽量降低油耗。为了满足发动机的热防护要求，参与冷却的煤油流量存在下限，以确保壁面温度不超过材料的耐温极限。提高煤油流量能够有效降低壁面温度，同时也可以使更多裂解态煤油喷注到燃烧室内参与化学反应。随着全局当量比的逐渐提高，燃烧释放的热量更多，最终反应区内逆压梯度会导致发动机出现热壅塞。因此，单纯采用加大燃料流量增加推力的方式一定程度上会遇到瓶颈，发动机的工作范围受到冷却和壅塞的双重限制。为了进一步提升推力装置的全局性能，需要对各个分系统进行优化设计，包括凹腔构型、型面扩张以及壁面喷注与凹腔的耦合方案等。尽管如此，采用上述手段能够能够提升推力的空间非常有限，仍然无法从原理上突破系统自身的技术瓶颈，亟须探索更为有效的新型推力增强方案。
[0004]航空领域采用一种向发动机内喷水来增加推力的技术，具体细分为喷液加力和补燃加力两大类，其主要应用对象为航空发动机，且其仅单独引入水作为额外的工质，借助水的膨胀做功效应来提升推力。考虑水自身重量，实际可增加的推力幅度较为有限。同时水流量超过一定临界值极有可以导致燃烧效率显著降低甚至熄火，非常不利于发动机内的燃烧组织和正常工作。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种采用喷水加力的吸气式冲压发动机，提供了一种针对吸气式冲压发动机的新式喷水增加推力方式，解决现有技术中单独引入水容易导致燃烧效率降低甚至熄火的问题。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种采用喷水加力的吸气式冲压发动机，包括：发动机主体，燃料喷注单元和喷水单元；
[0007]所述发动机主体包括：凹腔燃烧室；
[0008]所述燃料喷注单元与所述凹腔燃烧室的上游相连接，所述喷水单元与所述凹腔燃烧室的下游相连接；
[0009]所述喷水单元中的喷嘴嵌入在所述凹腔燃烧室下游的侧壁上，其中，所述喷嘴的喷口朝向所述凹腔燃烧室的下游方向，且与所述发动机主体的主流方向呈锐角设置。
[0010]根据本专利技术的一个方面，所述凹腔燃烧室处于所述喷嘴下游的内侧壁上至少部分位置设置有催化剂涂层。
[0011]根据本专利技术的一个方面，所述催化剂涂层为镍基催化剂涂层。
[0012]根据本专利技术的一个方面，所述催化剂涂层的厚度为5mm至10mm。
[0013]根据本专利技术的一个方面，所述喷嘴相对所述发动机主体的主流方向的倾斜角度呈30
°
至45
°
设置。
[0014]根据本专利技术的一个方面，所述喷水单元还包括：储水箱，与所述储水箱相连接的第一电动泵，与所述第一电动泵相连接的流量计，与所述流量计相连接的第一冷却通道，与所述第一冷却通道相连接的第一控制阀和第二控制阀；
[0015]所述第一控制阀用于控制与所述喷嘴的通断，所述第二控制阀用于控制与外界环境的通断；
[0016]所述第一冷却通道在所述凹腔燃烧室上游的侧壁中设置，用于对所述凹腔燃烧室的上游部分进行降温冷却。
[0017]根据本专利技术的一个方面，所述喷水单元还包括：温度传感器，第一压力传感器，第二压力传感器和控制单元；
[0018]所述控制单元分别与所述温度传感器，第一压力传感器和第二压力传感器相连接；
[0019]所述温度传感器，第一压力传感器设置在所述第一冷却通道用于连接所述第一控制阀和所述第二控制阀的出口位置；
[0020]所述第二压力传感器设置在所述凹腔燃烧室上。
[0021]根据本专利技术的一个方面，所述喷水单元中的所述控制单元基于所述温度传感器，第一压力传感器和第二压力传感器的输出信号控制所述第一控制阀和所述第二控制阀的通断顺序；其中，当所述温度传感器，第一压力传感器和所述第二压力传感器输出的信号均满足预设阈值则所述控制单元控制所述第一控制阀导通，并控制所述第二控制阀关闭，否则，所述控制单元控制所述第一控制阀关闭，并控制所述第二控制阀与外界环境导通。
[0022]根据本专利技术的一个方面，所述燃料喷注单元包括：燃料储箱，与所述燃料储箱相连接的第二电动泵，与所述第二电动泵相连接的第二冷却通道，与所述第二冷却通道相连接的燃料喷嘴；
[0023]所述燃料喷嘴嵌入在所述凹腔燃烧室的上游；
[0024]所述第二冷却通道在所述凹腔燃烧室的凹腔侧壁和下游侧壁中设置，用于对所述凹腔燃烧室的凹腔部分和下游部分进行降温冷却。
[0025]根据本专利技术的一种方案，本专利技术创造性地提出了一种将高温冷却水喷注到凹腔火焰稳定器下游来增加推力性能的技术方案，区别于航空发动机中单纯依赖水膨胀做功，借助了水的吸热冷却能力和水汽化对燃料与空气掺混能力的提升作用，充分利用了高温水与燃气内碳的化学反应以及自身膨胀做功产生推力，在确保燃烧室不发生熄火的情况下有效提升发动机的推力增益。
[0026]根据本专利技术的一种方案，本专利技术中水的喷注位置设计位于凹腔火焰稳定器的下
游，对吸气式发动机的火焰稳定能力影响有限的同时，有助于实现加水增推力。
[0027]根据本专利技术的一种方案，本专利技术地的技术方案非常简单，充分利用高温高压水的内能做功；且在高温条件下水与废气内的碳发生置换反应，有利于进一步提升燃料的燃烧效率。
附图说明
[0028]图1是示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的吸气式冲压发动机的结构图；
[0029]图2是示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的喷水单元的运行时序图。
具体实施方式
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]在针对本专利技术的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用喷水加力的吸气式冲压发动机，其特征在于，包括：发动机主体(1)，燃料喷注单元(2)和喷水单元(3)；所述发动机主体(1)包括：凹腔燃烧室(11)；所述燃料喷注单元(2)与所述凹腔燃烧室(11)的上游相连接，所述喷水单元(3)与所述凹腔燃烧室(11)的下游相连接；所述喷水单元(3)中的喷嘴(31)嵌入在所述凹腔燃烧室(11)下游的侧壁上，其中，所述喷嘴(31)的喷口朝向所述凹腔燃烧室(11)的下游方向，且与所述发动机主体(1)的主流方向呈锐角设置。2.根据权利要求1所述的吸气式冲压发动机，其特征在于，所述凹腔燃烧室(11)处于所述喷嘴(31)下游的内侧壁上至少部分位置设置有催化剂涂层。3.根据权利要求2所述的吸气式冲压发动机，其特征在于，所述催化剂涂层为镍基催化剂涂层。4.根据权利要求3所述的吸气式冲压发动机，其特征在于，所述催化剂涂层的厚度为5mm至10mm。5.根据权利要求4所述的吸气式冲压发动机，其特征在于，所述喷嘴(31)相对所述发动机主体(1)的主流方向的倾斜角度呈30
°
至45
°
设置。6.根据权利要求5所述的吸气式冲压发动机，其特征在于，所述喷水单元(3)还包括：储水箱(32)，与所述储水箱(32)相连接的第一电动泵(33)，与所述第一电动泵(33)相连接的流量计(34)，与所述流量计(34)相连接的第一冷却通道(35)，与所述第一冷却通道(35)相连接的第一控制阀(36)和第二控制阀(37)；所述第一控制阀(36)用于控制与所述喷嘴(31)的通断，所述第二控制阀(37)用于控制与外界环境的通断；所述第一冷却通道(35)在所述凹腔燃烧室(11)上游的侧壁中设置，用于对所述凹腔燃烧室(11)的上游部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昕，潘余，刘朝阳，王宁，陈健，贺妮，
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：