地，本实施例中，多个燃料喷孔11在喷注段上等间隔排列，燃料喷孔与导流板的对应方式为:每个导流板21对应一个燃料喷孔11，并且隔一个燃料喷孔11设置一个导流板21。通过该结构设计，能够很好地调节进入凹腔内的燃料的当量比，起到优化局部当量比的作用，从而达到增强燃烧的作用，且能够改善火焰的稳定性會K。
[0053]在本发明的优选实施例中，在凹腔的上游的超声速气流中横向喷射燃料，在对应燃料喷孔11的流向位置上，在凹腔的前缘设置导流板21，从而使得燃料与空气混合之后的富燃流沿着导流板21上扬从而可以避免凹腔内部过于富燃。通过优化导流板之间的间距，可以改变进入凹腔的燃料的当量比，起到优化局部当量比的作用，从而可以起到增强燃烧的作用。
[0054]本实施例带有导流板的后缘突扩型凹腔，使得上游壁面燃料横向喷注不直接被剪切层带入凹腔，并且通过调整导流板的横向间距，改变进入凹腔的燃料质量、流量，从而做到凹腔内部与外部燃料当量比分配的优化，提高凹腔内的点火性能，改善凹腔的火焰稳定能力。
[0055]对于矩形截面的后缘突扩型凹腔燃烧室而言，优选地，导流板分为两排对称设置的结构，参照图3，多个导流板包括自喷注段末端的顶壁向凹腔延伸的第一排导流板和自喷注段末端的底壁向凹腔延伸的第二排导流板。其中，第一排导流板设有四个导流板，其上游的喷孔设有7个，第二排导流板与第一排关于中心轴对称。通过采用两排对称设计的导流板结构，能够进一步改善燃料随剪切层的输送过程，起到增强凹腔点火及火焰稳定能力的效果。
[0056]图8是带导流板的后缘突扩型凹腔的燃料分布示意图，图9是不带导流板的后缘突扩型凹腔的燃料分布示意图。对比图8和图9可知，后缘突扩构型的凹腔的流动特性，在设置导流后，凹腔剪切层的发展特性发生了很大变化。在图9中，凹腔与上游燃料喷射相结合使用时，非常容易发生燃料随倾斜剪切层进入凹腔过多导致凹腔内富油并出现点火困难、熄火的问题。在图8中，上游壁面燃料横向喷注不直接被剪切层带入凹腔，避免了凹腔内因富油造成的点火困难和熄火的问题。
[0057]图10至图14示出了圆形截面的后缘突扩型凹腔燃烧室的结构。如图10至图14所示，在本实施例中，圆形截面的后缘突扩型凹腔燃烧室包括喷注段1、后缘突扩型凹腔2、以及膨胀段3，导流板21为四个，呈圆形间隔排列，其上游等间隔地分布8个喷孔11。
[0058]优选地，通过改变导流板21的倾角和/或导流板21的长度可进一步改善凹腔内燃料随剪切层的输送过程。参照图17，本实施例中，导流板21的倾角是指导流板21的壁面与喷注段I的壁面的延伸方向间形成的夹角α。图15是四种不同后缘凹腔内的速度流线图，其中，(a)为无导流板凹腔的速度流线图，(b)、(c)、(d)依次为导流板长度固定(导流板长度为凹腔开口长度的1/5)，导流板的倾角分别为O度、2度和4度的凹腔内速度流线图。如(b)至(d)所示，随着导流板的倾角的增加，凹腔回流区大小向外扩张，在导流板下方也存在回流结构。
[0059]图16是图15所示的四种不同凹腔对应的数值纹影图。如图16所示，对比图(C)、图(d)和图(b)，可以看出随着导流板扩张角度的增加，导流板前缘产生的激波强度明显增强，凹腔剪切层也逐渐向外扩张。
[0060]通过以上数值仿真的工作，可以看出带导流板的后缘突扩型凹腔剪切层后移到导流板尾缘处，凹腔剪切层随着导流板扩张角度的增加而逐渐向外扩张。由此可知，带导流板的后缘突扩型凹腔能够起到降低凹腔上游燃料喷注卷吸量的作用。优选地，通过倾角小的导流板有助于反压逆传促进喷注的穿透深度。本实施例中，优选地，导流板的倾角角度的范围在0°?4°之间，以满足宽马赫数的超燃冲压发动机的工作需求，且改善高速来流的进入凹腔内的穿透深度。
[0061]根据本发明的带导流板的后缘突扩型凹腔燃烧室，具有以下优点:
[0062]1、超燃冲压发动机燃烧室内的带有导流板的后缘突扩型凹腔，相对于多凹腔燃烧室实现宽马赫数范围工作的方案，具有流动损失小、热防护难度小的优点；
[0063]2、带有导流板的后缘突扩型凹腔，使得上游壁面燃料横向喷注不直接被剪切层带入凹腔，并且通过调整导流板的横向间距，改变进入凹腔的燃料质量流量，从而做到凹腔内部与外部燃料当量比分配的优化，提高凹腔内的点火性能，改善凹腔的火焰稳定能力
[0064]3、导流板使得凹腔前缘的空间有所减小，从而在高的马赫数条件下有助于反压逆传，可以促进喷注的穿透深度并进一步改善高马赫数条件下的燃烧。
[0065]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种超燃冲压发动机燃烧室，包括依次连通的喷注段(I)、后缘突扩型凹腔(2)、以及膨胀段(3)，所述喷注段(I)上设有燃料喷孔(11)，其特征在于，所述超燃冲压发动机燃烧室还包括在所述后缘突扩型凹腔(2)的前缘设置用以减小上游壁面燃料喷注被剪切层带入凹腔的量的导流板(21)。2.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机燃烧室，其特征在于，所述导流板(21)与所述喷注段(I)壁面的延伸方向间形成倾角。3.根据权利要求2所述的超燃冲压发动机燃烧室，其特征在于，所述导流板(21)的倾角角度的范围在0°?4°之间。4.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机燃烧室，其特征在于，所述导流板(21)为多个，所述导流板(21)之间按照预定间距设置。5.根据权利要求4所述的超燃冲压发动机燃烧室，其特征在于，所述燃烧室为矩形截面燃烧室。6.根据权利要求5所述的超燃冲压发动机燃烧室，其特征在于，多个所述导流板(21)包括自所述喷注段(I)末端的顶壁向所述后缘突扩型凹腔(2)延伸的第一排导流板(21)和自所述喷注段(I)末端的底壁向所述后缘突扩型凹腔(2)延伸的第二排导流板(21)。7.根据权利要求4所述的超燃冲压发动机燃烧室，其特征在于，所述燃烧室为圆形截面燃烧室。8.根据权利要求7所述的超燃冲压发动机燃烧室，其特征在于，所述导流板(21)自所述喷注段(I)末端向所述后缘突扩型凹腔(2)内延伸，多个所述导流板(21)呈环形间隔设置。9.根据权利要求4所述的超燃冲压发动机燃烧室，其特征在于，所述导流板(21)设置在对应所述燃料喷孔(11)的流向的位置上。10.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机燃烧室，其特征在于，所述导流板(21)的设置条件满足:在所述导流板(21)所覆盖的凹腔区域形成回流区。
【专利摘要】本发明公开了一种超燃冲压发动机燃烧室，包括依次连通的喷注段、后缘突扩型凹腔、以及膨胀段，喷注段上设有燃料喷孔，超燃冲压发动机燃烧室还包括在后缘突扩型凹腔的前缘设置用以减小上游壁面燃料喷注被剪切层带入凹腔的量的导流板。在本发明的燃烧室中，带有导流板的后缘突扩型凹腔，使得上游壁面燃料横向喷注不直接被剪切层带入凹腔，并且通过调整导流板的横向间距，改变进入凹腔的燃料质量流量，从而做到凹腔内部与外部燃料当量比分配的优化，提高凹腔内的点火性能，改善凹腔的火焰稳定能力。
【IPC分类】F23R3/26
【公开号】CN105180212
【申请号】
【发明人】孙明波, 蔡尊, 王振国
【申请人】中国人民解放军国防科学技术大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月2日