基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置及方法，该装置包括：预燃室、钝体稳定器、喷油支杆、多个滑动弧等离子体激励器和凹腔，其中：预燃室作为旁路通过凹腔与超声速燃烧室连通；多个所述滑动弧等离子体激励器一部分设置于所述预燃室，另一部分设置于凹腔；通过将进气道边界层抽吸与超声速燃烧室点火起动相结合，充分利用边界层的气流和能量，利用预燃室的高温燃气，进一步通过等离子体激励辅助超声速燃烧室的点火起动和稳定燃烧；可以实现超燃冲压发动机的可重复点火，具有快速响应的能力，有利于提高超燃冲压发动机在低马赫数飞行条件下的快速可靠点火起动性能与稳定工作裕度。性能与稳定工作裕度。性能与稳定工作裕度。

【技术实现步骤摘要】
基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置及方法


[0001]本专利技术涉及航空航天
，更具体的说是涉及一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置及方法。

技术介绍

[0002]作为超燃冲压发动机的核心部件之一，超声速燃烧室通过恰当的组织方式，将燃料与来流空气进行有效的混合和分配，并将其化学能通过燃烧转化为燃气的热能。超声速燃烧室内的气流速度较快，燃料在燃烧室内的驻留时间一般为ms量级，在极短时间内实现燃烧室可靠点火极其困难，其困难程度如同在“飓风中点燃火柴”。
[0003]超燃冲压发动机的点火包含从初始火核形成，初始火焰传播、发展及火焰稳定到形成主流稳定火焰的全过程。相对气态燃料而言，采用液态煤油为燃料的超燃冲压发动机具有更长的点火延迟时间，通常采用凹腔等结构生成低速回流区，构造适宜的点火环境，并为主流火焰提供热量和活性自由基。但是，在某些极端条件下，凹腔火焰稳定器结构依然无法实现超声速燃烧室的快速可靠点火，导致超燃冲压发动机无法起动、高空熄火，无法完成遂行任务，严重危害飞行安全。
[0004]超燃冲压发动机的可重复点火和稳定燃烧将是高超声速飞行器成功飞行的重要前提。当前的高超声速飞行器主要采用一次性火药点火，其具有点火能量大的优点，但是点火持续时间较短(一般为1s左右)且不可重复使用，在超声速气流中点燃火焰后无法实现超声速燃烧调控。传统的火花塞点火虽然可重复使用，但是其点火边界较窄，无法实现宽范围下超燃冲压发动机的成功启动。
[0005]因此，如何能够实现超燃冲压发动机的可重复点火，同时，具有快速响应的能力，能够对高超声速飞行器高空飞行时的燃烧不稳定与熄火现象做出快速响应，及时对火焰进行稳定和调控；是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]鉴于上述技术问题，本专利技术提供至少解决上述部分技术问题的一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置及方法，该装置中设置了预燃室和多个滑动弧等离子体激励器，使用等离子体结合边界层引气点火助燃，可以实现超燃冲压发动机的可重复点火，具有快速响应的能力，有利于提高超燃冲压发动机在低马赫数飞行条件下的快速可靠点火起动性能与稳定工作裕度。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置，
[0009]优选的，所述预燃室内设置3个所述滑动弧等离子体激励器，3个所述滑动弧等离子体激励器沿所述预燃室的周向分布，其中相邻的2个滑动弧等离子体激励器之间夹角为90
°
；所述预燃室内的3个滑动弧等离子体激励器位于钝体稳定器的尾缘位置。
[0010]优选的，所述凹腔上设置8个所述滑动弧等离子体激励器，其中：
[0011]凹腔底壁面上游并列设置2个所述滑动弧等离子体激励器，凹腔底壁面下游并列设置2个所述滑动弧等离子体激励器；凹腔底壁面上设置的激励器对于超声速燃烧室的中心截面呈对称分布；
[0012]凹腔顶壁面上游并列设置2个所述滑动弧等离子体激励器，凹腔顶壁面下游并列设置2个所述滑动弧等离子体激励器；凹腔顶壁面设置的激励器在同一展向位置。
[0013]优选的，所述滑动弧等离子体激励器包括：金属电极和陶瓷壳体，其中：所述金属电极位于所述陶瓷壳体内部，所述金属电极为圆柱状，采用钨铜合金材料，直径为1～4mm，所述陶瓷壳体采用A
‑
95陶瓷绝缘材料。
[0014]优选的，所述滑动弧等离子体激励器的所述金属电极与所述陶瓷壳体的端面平齐，并与预燃室壁面或凹腔壁面平齐。
[0015]优选的，所述钝体稳定器为圆周V型稳定器，V型稳定器的夹角为60
°
。
[0016]优选的，所述喷油支杆为圆柱形喷油支杆，在喷油支杆的圆柱形壁面上开有2个直径为0.4～2.0mm的喷油孔，其中，1个喷油孔沿着与来流方向相反的方向逆向喷射燃油，另外1个喷油孔沿着来流方向顺向喷射燃油。
[0017]第二方面，本专利技术实施例提供一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火方法，应用上述的一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置，实现超声速燃烧室的快速可靠点火，该方法包括：
[0018]根据飞行马赫数对既定内流道发动机开展流场测试及数值仿真，确定进气道和预燃室的流场特性：
[0019]根据超声速燃烧室低马赫数点火与火焰稳定的需求，在预燃室和超声速燃烧室的凹腔内设置多个滑动弧等离子体激励器；
[0020]边界层引气将低能气体通过压差作用抽吸进预燃室中；喷油支杆喷射的燃油在预燃室中与气流混合后被预燃室内的滑动弧等离子体激励器点燃；
[0021]预燃室内的高温燃气进入超声速燃烧室中引燃超声速燃烧室内的燃气混合物，超声速燃烧室内的滑动弧等离子体激励器控制其稳定燃烧。
[0022]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
[0023]本专利技术提供了一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置及方法，该装置结构紧凑，简单合理；其中设置了预燃室和多个滑动弧等离子体激励器，使用等离子体结合边界层引气点火助燃，可以实现超燃冲压发动机的可重复可靠点火，具有快速响应的能力，有利于提高超燃冲压发动机在低马赫数飞行条件下的快速可靠点火起动性能与稳定工作裕度。
[0024]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0025]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0027]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0028]图1为本专利技术实施例提供的一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置结构示意图。
[0029]图2为本专利技术实施例提供的预燃室内激励器的布置示意图。
[0030]图3为本专利技术实施例提供的一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火方法的流程示意图。
[0031]图4为本专利技术实施例提供的一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火方法的原理示意图。
[0032]其中，1
‑
预燃室：2
‑
钝体稳定器；3
‑
喷油支杆；401
‑
411为滑动弧等离子体激励器；4a
‑
金属电极；4b
‑
陶瓷壳体；4c
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置，其特征在于，该装置包括：预燃室、钝体稳定器、喷油支杆、多个滑动弧等离子体激励器和凹腔，其中：所述预燃室作为旁路通过所述凹腔与超声速燃烧室连通；所述钝体稳定器设置于所述预燃室内部；所述喷油支杆设置于所述预燃室内部并位于所述钝体稳定器的前端：多个所述滑动弧等离子体激励器一部分设置于所述预燃室，另一部分设置于所述凹腔。2.根据权利要求1所述的一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置，其特征在于，所述预燃室内设置3个所述滑动弧等离子体激励器，3个所述滑动弧等离子体激励器沿所述预燃室的周向分布，其中：相邻的2个滑动弧等离子体激励器之间夹角为90
°
，所述预燃室内的3个滑动弧等离子体激励器位于钝体稳定器的尾缘位置。3.根据权利要求2所述的一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置，其特征在于，所述凹腔上设置8个所述滑动弧等离子体激励器，其中：凹腔底壁面上游并列设置2个所述滑动弧等离子体激励器，凹腔底壁面下游并列设置2个所述滑动弧等离子体激励器；凹腔底壁面上设置的激励器对于超声速燃烧室的中心截面呈对称分布；凹腔顶壁面上游并列设置2个所述滑动弧等离子体激励器，凹腔顶壁面下游并列设置2个所述滑动弧等离子体激励器；凹腔顶壁面设置的激励器在同一展向位置。4.根据权利要求3所述的一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置，其特征在于，所述滑动弧等离子体激励器包括：金属电极和陶瓷壳体，其中：所述金属电极位于所述陶瓷壳体内部，所述金属电极为圆柱状，采用钨铜合金材料，直径为1～4mm，所述陶瓷壳体采用A
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄胜方，杨顺华，肖保国，张弯洲，游进，谢松柏，向周正，王宇航，肖云雷，焦思，
申请(专利权)人：中国人民解放军三二八零四部队，
类型：发明
国别省市：