[发明专利]一种提升超燃燃烧室内燃料喷射和掺混的设计方法

摘要

一种提升超燃燃烧室内燃料喷射和掺混的设计方法，涉及超燃冲压发动机。先据所需燃料总流量确定圆形燃料喷嘴的直径和个数，并对仅带有单个圆形燃料喷嘴的算例进行数值计算，获得燃料的扩散直径以及壁面边界层发展规律；接着确定半球体涡流发生器的直径和位置；之后确定圆形燃料喷嘴的位置；确定相邻两个半球体涡流发生器的中心距；确定膨胀段的转折角、长度、位置；最后采用等熵压缩段过渡连接膨胀段和超燃燃烧室上壁面，进而完成整个超燃燃烧室喷射系统构造的设计。提高超燃燃烧室的工作效率，缩短超燃燃烧室的尺寸，减轻超燃燃烧室的重量，增加发动机推力，有利于燃料组织稳定燃烧。总压损失小，热负荷小，降低超燃燃烧室内结构热防护的难度。

主权项

一种提升超燃燃烧室内燃料喷射和掺混的设计方法，其特征在于包括以下步骤：1)设有超燃燃烧室、半球体涡流发生器、圆形燃料喷嘴、膨胀段、等熵压缩段；所述超燃燃烧室为常规矩形燃烧室,其内流通道截面呈矩形,通道内主流为超声速空气；所述半球体涡流发生器紧贴超燃燃烧室壁面，安装在圆形燃料喷嘴上游，所述圆形燃料喷嘴整体呈现收敛状，燃料通过圆形喷嘴能够垂直喷注入超燃燃烧室内，其中轴线与半球体涡流发生器中轴线共线；所述膨胀段位于超燃燃烧室上壁面；根据所需燃料总流量确定圆形燃料喷嘴的直径和个数，并对仅带有单个圆形燃料喷嘴的算例进行数值计算，获得燃料的扩散直径以及壁面边界层发展规律；2)确定半球体涡流发生器的直径以及位置，确保半球体涡流发生器的直径等于燃料最大扩散直径，以保证其产生的涡系结构能够覆盖整个燃料与空气的掺混区域，同时依据步骤1)获得的壁面边界层厚度发展规律，将半球体涡流发生器安置于壁面边界层厚度为0.3～0.5倍的半球体涡流发生器直径的壁面处，由此确定半球体涡流发生器在燃烧室壁面上的位置，并对仅带有单个半球体涡流发生器的算例进行数值计算，获得半球体涡流发生器涡系结构的发展规律；3)确定圆形燃料喷嘴与半球体涡流发生器之间的中心距；4)确定相邻两个半球体涡流发生器的中心距；5)确定膨胀段的转折角、长度和距燃烧室入口的位置；根据燃烧室来流马赫数和圆形燃料喷嘴的位置，通过调整膨胀段转折角、长度以及转折起点与超燃燃烧室入口的距离，确保由其产生的膨胀激波扇面能够尽量覆盖整个燃料与空气掺混区域；6)采用等熵压缩段过渡连接膨胀段和超燃燃烧室上壁面，进而完成整个超燃燃烧室喷射系统构造的设计，所设计的超燃燃烧室喷射系统构造提升了超燃燃烧室内燃料喷射和掺混。