一种旁路引气的凹腔火焰稳定器

本发明涉及一种旁路引气的凹腔火焰稳定器，其可用于超燃冲压发动机的燃烧室，属于航空航天。

背景技术：

1、超燃冲压发动机是高超声速飞行器的一种较理想动力装置。超燃冲压发动机的燃烧室内气流以超声速流动，燃料在燃烧室内的停留时间只有毫秒量级。通过采用火焰稳定装置在燃烧室中建立回流区，使回流区内流速降低，并增加燃料-空气混合物在燃烧室停留时间。这样火焰能够驻留在回流区内，作为点火源维持整个燃烧室火焰的持续存在和传播。

2、作为目前应用最普遍的火焰稳定装置，凹腔火焰稳定器的性能已经得到了广泛的认可，结构上由前向台阶和后向台阶组成。在燃烧室中，当高速气流经过凹腔火焰稳定器时，在凹腔火焰稳定器内形成回流区，由于凹腔火焰稳定器内流速较低，在主流和回流区之间形成自由剪切层。凹腔火焰稳定器内气流结构还会诱发声波扰动，和凹腔火焰稳定器后缘脱落的大尺度结构一起作用可增强燃料-空气混合。虽然凹腔火焰稳定器没有物理侵入结构，但却容易使得燃料集聚在壁面剪切层中，造成较大的壁面热流。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种旁路引气的凹腔火焰稳定器，在凹腔火焰稳定器旁边布置引气通道，引新鲜空气到凹腔下游，增加燃料穿透高度，扩大下游燃烧区域，显著提高燃烧效率，缩短完全燃烧距离，降低凹腔下游壁面温度，并减小总压损失。

2、本发明通过如下技术方案实现。

3、一种旁路引气的凹腔火焰稳定器，凹腔火焰稳定器旁边布置引气通道，引气通道进口在凹腔上游，引气通道出口在凹腔下游，并布置有引气通道出口前挡板。

4、进一步，所述的凹腔火焰稳定器，在凹腔前缘和凹腔后缘与冲压燃烧室下壁面相连接，两侧为冲压燃烧室侧壁面，宽度由具体发动机确定，主要由前向台阶和后向台阶组成，可细分为凹腔前缘、凹腔前壁、凹腔底壁、凹腔后壁、凹腔后缘和燃料喷口，凹腔长140～180mm，凹腔底壁为水平平面，凹腔前壁与凹腔底壁垂直，凹腔前壁高35～65mm，凹腔后壁与凹腔底壁夹角30°～60°，凹腔后壁高20～50mm，在凹腔前缘上游布置燃料喷口，燃料喷口直径2～5mm，燃料喷口与凹腔前缘距离5～50mm，相邻燃料喷口间距10～40mm。

5、进一步，所述的引气通道，宽度与凹腔火焰稳定器的宽度一致，由引气通道进口、引气通道出口、引气通道进口段、引气通道中间段、引气通道出口段组成，引气通道中间段和引气通道出口段为高6～15mm的等直段，引气通道中间段与凹腔底壁平行，引气通道出口段与凹腔后壁平行，凹腔与引气通道间在凹腔底壁和凹腔后壁处壁厚1.5～3mm，引气通道进口段收缩角6°～12°，引气通道进口段最小高度与引气通道中间段的高度一致，引气通道进口段与引气通道中间段在凹腔侧的壁面夹角135°～150°。

6、进一步，所述的引气通道出口前挡板，为将凹腔后壁进行延伸得到，引气通道出口前挡板的延伸高度5～10mm。

7、与现有技术相比，本发明的优点和取得的有益效果为：

8、第一，提高燃烧效率。引气通道出口前挡板延伸了凹腔后壁，增加了其高度，减弱了凹腔驻涡往下卷吸燃料的作用，从而增大燃料穿透高度，并使卷入凹腔的燃料减少，流入凹腔的空气增加；引气通道出口前挡板增加了旁通引气流量，而新鲜未燃空气被引导到凹腔下游壁面附近，在凹腔下游与壁面附近的燃料反应，从而扩大了燃烧区域，显著提高了燃烧效率。

9、第二，降低凹腔下游壁面温度。引气通道出口前挡板增加了旁通引气流量，而新鲜未燃的低温空气被引导到凹腔下游壁面附近，在凹腔下游的壁面及燃烧反应区之间形成隔热层，从而有效降低凹腔下游壁面温度。

技术特征：

1.一种旁路引气的凹腔火焰稳定器，其特征在于，在凹腔火焰稳定器旁边布置引气通道，引气通道进口(8)在凹腔上游，引气通道出口(9)在凹腔下游，并布置有引气通道出口前挡板(10)；

技术总结本发明涉及一种旁路引气的凹腔火焰稳定器，凹腔火焰稳定器由后向台阶和前向台阶组成，并在凹腔火焰稳定器旁边布置引气通道，在引气通道出口前延伸出挡板。超燃冲压燃烧室采用本发明的旁路引气的凹腔火焰稳定器，能引新鲜空气到凹腔下游，并增加燃料穿透高度，从而显著提高燃烧效率，并有效降低凹腔下游壁面温度。技术研发人员：盛志强,廖文彬,陆良泽受保护的技术使用者：南昌航空大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11