一种粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室

本发明涉及超燃冲压发动机领域，尤其涉及一种粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室。

背景技术：

1、随着飞行器推进技术的发展，尤其是在高超声速巡航武器的战略需求牵引下，高性能的推进方案备受关注，将高能粉末作为燃料的新概念发动机具有流量易调节、比冲高、高温燃烧产物不易离解等诸多优点。但是研究发现，粉末燃料有着不同于传统液体或者固体燃料的性质，尤其是理论性能较好的硼，其燃烧过程多为典型的表面异相反应，燃料与氧化剂是颗粒层面的混合而不是分子层面的预混，在超声速来流中，粉末经过主流的加速之后具有较高的速度，传统凹腔室形成的气体回流区并不能对颗粒的运动有很好的扰动效果，减小了凹腔的稳焰增燃效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室。

2、为实现上述发明目的，本发明提供一种粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室，包括：主流通道结构,与所述主流通道结构相连接的凹腔结构；

3、所述凹腔结构包括：凹腔前缘、凹腔后缘、凹腔底壁和凹腔侧壁；

4、所述凹腔后缘设置有连通所述凹腔后缘前后两侧且用于粉末燃料供应的燃料供应结构；

5、所述燃料供应结构的中空通道的延伸方向与所述凹腔底壁相平行；

6、所述中空通道的下壁面与所述凹腔底壁的内侧面相齐平的设置；

7、所述中空通道朝向所述凹腔前缘的通道前端开口呈长度大于宽度的规则开口，且所述通道前端开口的长度方向与所述凹腔底壁相平行的设置。

8、根据本发明的一个方面，所述中空通道具有一个等截面通道部分；

9、所述等截面通道部分由所述通道前端开口起始，沿远离所述通道前端开口的方向延伸设置。

10、根据本发明的一个方面，所述等截面通道部分的延伸长度大于所述通道前端开口的长度。

11、根据本发明的一个方面，所述燃料供应结构朝向所述凹腔前缘的前端与所述凹腔后缘的内侧壁相齐平的设置。

12、根据本发明的一个方面，所述燃料供应结构朝向所述凹腔前缘的前端伸入到所述凹腔结构的中空凹腔内。

13、根据本发明的一个方面，所述凹腔前缘设置有扰流结构；

14、所述扰流结构呈板状结构，且其与所述凹腔前缘相垂直的设置；

15、所述扰流结构的上边缘与所述主流通道结构的内侧壁面相齐平的设置，或者，所述扰流结构的上边缘低于所述主流通道结构的内侧壁面。

16、根据本发明的一个方面，在所述凹腔前缘上，所述扰流结构间隔的排列有多个；

17、多个所述扰流结构的排列方向与所述中空通道的通道前端开口的长度方向相一致。

18、根据本发明的一个方面，沿来流方向，所述凹腔前缘与所述的内侧下壁面之间的夹角范围为30°至60°。

19、根据本发明的一个方面，还包括：点火装置；

20、所述点火装置嵌入在所述凹腔底壁上；

21、所述点火装置位于所述凹腔前缘与所述燃料供应结构的前端之间。

22、根据本发明的一个方面，还包括：保护结构；

23、所述保护结构固定在所述凹腔底壁上，且与所述点火装置相邻；

24、所述保护结构设置于所述点火装置与所述燃料供应结构的前端相对的一侧；

25、所述燃料供应结构与所述凹腔结构一体设置。

26、根据本发明的一种方案，本发明中作为主体的凹腔结构，其具有结构简单、内阻小的优点，此外，本发明的结构相较于一般凹腔燃烧室具有更大的尺寸，包括凹腔长度和凹腔深度。

27、根据本发明的一种方案，本发明通过改进粉末燃料的供应方式，与典型的凹腔燃烧室配合，实现了粉末燃料在超燃冲压发动机中的高效燃烧。

28、根据本发明的一种方案，本发明通过凹腔后缘的底部布置粉末供应通道，工作过程中，粉末燃料经供应通道进入凹腔内部，与凹腔后缘形成的回流汇合，以实现燃烧室中气流的流动和混合燃烧效率。

29、根据本发明的一种方案，本发明在凹腔底壁靠近凹腔前缘的位置布置点火装置，用于快速可靠的重复点火。

30、根据本发明的一种方案，本发明通过凹腔前缘以及相应的扰流结构可以更易于保障粉末燃料顺利切入主流进一步燃烧，以达到提高燃烧效率的优点，对进一步保证本发明的工作性能更为有益。

31、根据本发明的一种方案，本发明的方案有效的实现了粉末超燃冲压发动机中的快速可靠点火与稳定高效燃烧，其中，通过所设置的燃料供应结构和燃料供应结构的中空通道，可以使得凹腔结构中形成不同的回流区域，尤其是所形成的被动回流区域具有高温低速的效果，以使得凹腔底部与燃料供应结构相对应的位置进一步提高粉末燃料的温度，降低了粉末燃料的运动速度，有利于缩短点火延迟时间，在点火装置的作用下粉末超燃冲压发动机可以实现快速可靠点火；此外，粉末燃料从凹腔后缘底部供应进入凹腔内部主动参与回流，增强了凹腔结构对粉末燃料的影响，延长了粉末燃料在超燃冲压发动机中的滞留时间。此外，凹腔内部的主动回流区、被动回流区以及剪切区共同作用于火焰稳定，有利于火焰稳定与提高燃烧效率。

32、根据本发明的一种方案，针对超声速来流中，燃料随主流运动导致在燃烧室中滞留时间短，燃烧效率低的情况，本发明的主动回流燃烧室创造性的将燃烧区域向回流区域主动引导，一定程度上克服了超声速燃烧室快流速的缺点。同时由于流速的减小，一般凹腔内部的温度高于主流，在回流腔内开展燃烧组织又利用了来流高总温的优势，极大的提高了燃烧效率。

33、根据本发明的一种方案，本发明所提出的在主动回流燃烧室中将燃烧区域向回流区域主动引导的技术构思可进一步扩展至其他超声速推进装置，为实现其它超声速推进装置高燃烧效率的设计更为有益。

技术特征：

1.一种粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室，其特征在于，包括：主流通道结构(1),与所述主流通道结构(1)相连接的凹腔结构(2)；

2.根据权利要求1所述的粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室，其特征在于，所述中空通道(22a1)具有一个等截面通道部分(22a11)；

3.根据权利要求2所述的粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室，其特征在于，所述等截面通道部分(22a11)的延伸长度大于所述通道前端开口的长度。

4.根据权利要求3所述的粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室，其特征在于，所述燃料供应结构(22a)朝向所述凹腔前缘(21)的前端与所述凹腔后缘(22)的内侧壁相齐平的设置。

5.根据权利要求3所述的粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室，其特征在于，所述燃料供应结构(22a)朝向所述凹腔前缘(21)的前端伸入到所述凹腔结构(2)的中空凹腔内。

6.根据权利要求4或5所述的粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室，其特征在于，所述凹腔前缘(21)设置有扰流结构(211)；

7.根据权利要求6所述的粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室，其特征在于，在所述凹腔前缘(21)上，所述扰流结构(211)间隔的排列有多个；

8.根据权利要求7所述的粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室，其特征在于，沿来流方向，所述凹腔前缘(21)与所述的内侧下壁面之间的夹角范围为30°至60°。

9.根据权利要求8所述的粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室，其特征在于，还包括：点火装置(3)；

10.根据权利要求9所述的粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室，其特征在于，还包括：保护结构(4)；

技术总结本发明涉及一种粉末超燃冲压发动机的主动回流燃烧室，包括：主流通道结构,安装在主流通道结构上的凹腔结构；凹腔结构包括：凹腔前缘、凹腔后缘、凹腔底壁和凹腔侧壁；凹腔后缘设置有连通凹腔后缘前后两侧且用于粉末燃料供应的燃料供应结构；燃料供应结构的中空通道的延伸方向与凹腔底壁相平行；中空通道的下壁面与凹腔底壁的内侧面相齐平的设置；中空通道朝向凹腔前缘的通道前端开口呈长度大于宽度的规则开口，且通道前端开口的长度方向与凹腔底壁相平行的设置。本发明通过改进粉末燃料的供应方式，与典型的凹腔燃烧室配合，避免了超声速来流对燃烧过程的不利影响，实现了粉末燃料在超燃冲压发动机中的高效燃烧。技术研发人员：任鹏浩,陈斌斌,刘冰,夏智勋,马立坤,冯运超,杨鹏年受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17