阅读说明：本技术 一种超燃冲压发动机的燃料掺混装置 (Fuel mixing device of scramjet engine ) 是由 田野 钟富宇 杨顺华 李季 时文 肖保国 鲁玲 李世豪 孙光焱 张娜 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明专利公开了一种超燃冲压发动机的燃料掺混装置,具体涉及超燃冲压发动机的技术领域。一种超燃冲压发动机的燃料掺混装置,包括发动机本体和位于发动机本体内的凹槽,所述发动机本体上设有位于凹槽内的燃料喷注块,所述燃料喷注块上开有多个圆形的第一喷孔,所述发动机本体内还设有位于凹槽一侧的射流空气喷注块,所述射流空气喷注块上开有多个圆形的第二喷孔,所述射流空气喷注块上设有与第二喷孔连通的金属软管,所述金属软管上连接有储气瓶。采用本发明技术方案克服了现有的超燃冲压发动机无法在不改几何构型的情况下促进燃料混合的问题,可用于提高超燃冲压发动机的燃料和空气的混合效率。(The invention discloses a fuel mixing device of a scramjet engine, and particularly relates to the technical field of scramjet engines. The utility model provides a scramjet engine's fuel mixing device, includes the engine body and is located this internal recess of engine, be equipped with the fuel that is located the recess on the engine body and spout the notes piece, it has a plurality of circular shape first orifices to open on the fuel spouts the notes piece, this internal jet air that still is equipped with in recess one side spouts the notes piece, it has a plurality of circular shape second orifices to open on the jet air spouts the notes piece, be equipped with the metal collapsible tube with the second orifice intercommunication on the jet air spouts the notes piece, the last gas bomb that is connected with of metal collapsible tube. The technical scheme of the invention solves the problem that the existing scramjet engine can not promote fuel mixing under the condition of not changing the geometric configuration, and can be used for improving the mixing efficiency of the fuel and air of the scramjet engine.)

一种超燃冲压发动机的燃料掺混装置

技术领域

本发明涉及超燃冲压发动机的技术领域，特别涉及一种超燃冲压发动机的燃料掺混装置。

背景技术

超燃冲压发动机的燃烧过程复杂，往往包含了燃料的喷注、雾化、蒸发、混合、点火以及稳定燃烧等。超燃冲压发动机内燃料的流经时间往往在毫秒量级，燃料混合是实现发动机起动点火和稳定燃烧的重要影响因素，若燃料与空气不能充分的混合，则超燃冲压发动机就不能实现可靠地点火，更别提稳定燃烧产生正推力。尽管燃料最佳的混合状态是达到燃料和空气发生化学反应的恰当比，但往往实际是无法达到的、或者是仅仅能局部达到，因此，尽可能的促进燃料混合，使得燃料混合当量比接进化学恰当比是最合适的方法和常规的手段。

常用的燃料增强混合方法比较多，如异形喷孔以及斜坡喷注等，往往目的都是增强燃料的穿透深度。但以上技术手段往往改变了超燃冲压发动机的理想构型，带来了一定的性能损失，因此，目前急需一款在不改变超燃冲压发动机几何构型的前提下，同时能够增强燃料混合的超燃冲压发动机则极为重要。

发明内容

本发明意在提供一种超燃冲压发动机的燃料掺混装置，以解决现有的超燃冲压发动机无法在不改几何构型的情况下促进燃料混合的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种超燃冲压发动机的燃料掺混装置，包括发动机本体和位于发动机本体内的凹槽，所述发动机本体上设有位于凹槽内的燃料喷注块，所述燃料喷注块上开有多个圆形的第一喷孔，所述发动机本体内还设有位于凹槽一侧的射流空气喷注块，所述射流空气喷注块上开有多个圆形的第二喷孔，所述射流空气喷注块上设有与第二喷孔连通的金属软管，所述金属软管上连接有储气瓶。

技术方案的原理及效果：在使用时，通过储气瓶和射流空气喷注块向发动机本体内喷射空气，借助空气对发动机本体内的超声速气产生堵塞效应(即射流空气与来流相互垂直，会造成来流下游的反压升高，或者说是气流通道变窄造成的阻塞)，使得发动机本体内的流场结构发生改变，从而产生激波串结构。在激波串与发动机本体的壁面边界层、凹槽下部剪切层共同作用下，发动机本体壁面边界层发生分离，凹槽下部剪切层被抬进发动机本体主流中，实现了流场内的涡量增加，从而促进了喷注块内喷注的燃料与空气的高效混合，实现了不改变燃料的喷注方法或发动机的几何构型的前提下增强燃料混合效率的目的。

进一步的，所述金属软管上设有电磁阀。借助电磁阀可实现自动喷注空气，提高了工作效率。

进一步的，所述射流空气喷注块与凹槽之间的间距为发动机整机长度的5％-20％。通过上述设置，可使射流产生的激波串影响到凹槽内，有助于燃料掺混的效率。

进一步的，所有的所述第二喷孔的射流空气流量是发动机本体入口流量的20％。通过上述设置可大大提高发动机的掺混效果。

进一步的，所述射流空气喷注块与发动机本体之间设有“O”型的密封圈。借助密封圈可实现射流空气喷注块与发动机本体连接时的密封，确保了发动机本体内的空气与其外部环境空气吴相对流动，同时又便于对射流空气喷注块进行拆卸和安装。

附图说明

图1是本实施例一种超燃冲压发动机的燃料掺混装置的结构示意图；

图2是本实施例一种超燃冲压发动机的燃料掺混装置的剖视图；

图3是本实施例中实施空气射流后凹槽后部扩张段的流场纹影图；

图4是本实施例中实施和未实施空气射流时发动机本体内壁面压力分布对比图；

图5是本实施例中实施后和未实施空气射流的乙烯燃料等值面分布图；

图6是本实施例中实施后和未实施空气射流的乙烯燃料截面分布图；

图7是本实施例中实施后和未实施空气射流的超燃冲压发动机混合效率对比图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：发动机本体1、凹槽2、燃料喷注块3、第一喷孔4、射流空气喷注块5、第二喷孔6。

实施例

如附图1和图2所示：一种超燃冲压发动机的燃料掺混装置，包括发动机本体1和位于发动机本体1中部的凹槽2，发动机本体1的总长度为1700mm，发动机本体1左侧开有空气的入口，该入口为长100mm、宽50mm的长方形开口，发动机本体1上螺栓连接有嵌合在凹槽2内中部的燃料喷注块3，燃料喷注块3上开有两个间隔设置的圆形的第一喷孔4，发动机本体1内还螺栓连接有嵌合在凹槽2左侧的射流空气喷注块5，射流空气喷注块5与凹槽2之间的间距为发动机整机长度的5％-20％，射流空气喷注块5距离发动机本体1入口约845mm。

射流空气喷注块5与发动机本体1的外表面之间安装有“O”型的密封圈，借助密封圈可实现射流空气喷注块5与发动机本体1连接时的密封，确保了发动机本体1内的空气与其外部环境空气吴相对流动，同时又便于对射流空气喷注块5进行拆卸和安装。射流空气喷注块5的长为110mm、宽为65mm、高为55mm，射流空气喷注块5内部开有空腔，空腔下方的射流空气喷注块5内间隔等距开设有三排圆形的第二喷孔6，每排第二喷孔6的数量为15个，第一喷孔4和第二喷孔6的直径均为3mm，第二喷孔6的总面积大于发动机本体1中空气射流通道最窄处(即喉道)的面积，从而避免在其他位置发生限流(即限制空气的流量，使得空气射流效果减弱)。射流空气喷注块5的顶部连通有金属软管(图中未示出)，金属软管上安装有电磁阀，金属软管的自由端连通有四个相互连通的储气瓶，本实施例中每个储气瓶的体积为30m³，借助四个30m³的储气瓶可确保在空气射流的过程中，压力值下降范围控制在5％以内，避免了压力值下降过大而造成空气射流的流量跟不上的情况。

本实施例中，本装置的工作条件如下：发动机本体1入口处的来流条件是Ma＝2.0，射流空气喷注块5中第二喷孔6的空气射流总量约为发动机本体1入口流量的20％，燃料喷注块3内喷注的燃料为乙烯，本装置的总温Pt＝950k以及总压Pt＝0.8MPa。

在本装置使用过程中，借助电磁阀能够自动控制储气瓶内空气喷注的时间，当空气从储气瓶喷射进入空腔后经由第二喷孔6垂直射入发动机本体1内，借助空气对发动机本体1内的超声速气产生堵塞效应，使得发动机本体1内的流场结构发生改变，从而产生激波串结构，如附图3和4所示，在借助储气瓶、金属软管和射流空气喷注块5进行空气射流喷注后，流场内产生了明显的激波串结构；并且实施空气射流喷注前后，超燃冲压发动机内壁面的压力也发生了相应的变化，实施后超燃冲压发动机内壁面的局部压力升高，升高的范围在0.6-1.2m之间，即为激波串存在的区间。

激波串结构产生后，在激波串与发动机本体1的壁面边界层、凹槽2下部剪切层共同作用下，发动机本体1壁面边界层发生分离，凹槽2下部剪切层被抬进发动机本体1主流中，实现了流场内的涡量增加，从而促进了喷注块内喷注的乙烯与空气的高效混合，实现了不改变燃料的喷注方法或发动机的几何构型的前提下增强燃料混合效率的目的。

结果分析：如附图5所示，未实施空气射流的乙烯燃料分布没有明显的规律，仅在喷注附近乙烯的质量分数较高；而实施了空气射流的乙烯燃料则在空气射流前端分布的质量分数明显提高，尤其是在凹槽2部位提高明显，由于凹槽2处通常是点火器存在的位置，较高的乙烯混合分数有助于实现发动机的启动点火，提高了点火的效率，节约了燃料。如附图6所示，实施空气射流喷注后，乙烯在发动机内壁面连接的拐角处和凹槽2内的分布明显提高，这些位置往往都是低速区，燃料不易进入，通过该图可证实激波串与壁面边界层和凹槽2剪切层相互作用后，燃料混合更好了，乙烯燃料可以在空间分布的更加均匀。如附图7所示，空气射流总量约为发动机本体1入口流量的20％时，发动机的混合效率提升明显，发动机出口处(x＝1.7m)的混合效率由0.38提升到了0.82，可见射流空气喷注的混合效果，显著增强了超燃冲压发动机的燃料掺混效果。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。