一种自引吸除气预燃增强冲压煤油燃烧的RBCC发动机

本发明涉及火箭基组合循环发动机，特别是涉及一种自引吸除气预燃增强冲压煤油燃烧的rbcc发动机。

背景技术：

1、随着对宽速域飞行器飞行性能要求的不断提高，宽速域冲压发动机已成为目前高超声速技术的关键。火箭基组合循环(rocket-based combined cycle,缩写为rbcc)发动机作为宽速域、宽包线飞行的代表，具有比冲高、推力变化大、结构质量轻以及经济性高的特点，在超高声速飞行和重复使用飞行器方面具有很大潜力。但是在宽范围来流中，进气道以及燃烧室内的流动、混合以及燃烧都会随着环境条件发生较大变化，不利于燃烧室的稳定燃烧。特别是在低马赫来流中，进气道出口总温和总压较低，难以起动，容易溢流，导致燃烧室稳焰较为困难。

2、同时，低马赫来流具有高动压、低总温的特性，在这种化学当量条件下燃料燃烧释热量较大，可能会导致燃烧室上游边界层分离，从而形成反压，并且逐渐向进气道传播，形成壅塞，最终结果就是进气道溢流，甚至进气道不起动。对于火箭基组合循环发动机来说，火箭助燃使得燃烧效率提高，燃烧室产生更大反压，则进气道的高效工作条件更为苛刻。对于上述问题，现有技术中的解决方案是设计可变结构的进气道，通过改变不同工作条件下的进气道几何形状来实现进气道的起动，比如升降喉部高度来改变压缩比控制进气道起动。但是，对于火箭基组合循环发动机来说，火箭的工作性能对整个发动机有着重要影响，只借助改变进气道几何形状控制压缩比来实现进气道起动的效果较低。

3、另外，在低马赫数条件下，燃烧室来流速度仍然远大于火焰传播速度，这导致了火焰不稳定的问题。要实现火焰稳定，必须满足火焰传播速度等于气流速度，以及燃料在燃烧装置内驻留时间大于火焰延迟时间的条件。除此之外，在液态燃料喷注的过程中，由于低速来流总压总温较低，弱化了燃料喷住的横向剪切力的作用，从而导致燃料与来流空气掺混不够完全，继而影响火焰稳定。因此，低马赫数下为了保持火焰稳定，往往需要火箭大流量、长时间工作，导致发动机的比冲性能降低。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种自引吸除气预燃增强冲压煤油燃烧的rbcc发动机，通过充分利用吸除气，可以有效改善进气道起动性能，降低火箭流量，提高火焰稳定性能和燃烧效率，从而提高火箭基组合循环发动机的比冲性能。

2、本发明提供了一种自引吸除气预燃增强冲压煤油燃烧的rbcc发动机，rbcc发动机的冲压流道为前后开口的腔体结构，冲压流道的进气口到出气口依次包括第一子流道、第二子流道和第三子流道，相邻两个子流道连通；

3、rbcc发动机的冲压流道外侧设置有自引吸除气组件和煤油预燃组件，自引吸除气组件的一端与第一子流道链连接，自引吸除气组件的另一端与煤油预燃组件连接，煤油预燃组件与第二子流道连接；

4、自引吸除气组件用于吸引第一子流道的来流空气形成吸除气，并将吸除气进行加压输送至煤油预燃组件，煤油预燃组件用于将吸除气与煤油混合进行初步燃烧形成高温富燃燃气输送至第二子流道。

5、在其中一个实施例中，自引吸除气组件包括吸除槽、集气腔、引气管、压气机、电源以及导气管；

6、吸除槽的一端与第一子流道连通，吸除槽的另一端与集气腔连通，引气管5的一端与集气腔连通，引气管的另一端与压气机连通，压气机与电源连接，导气管的一端与压气机连通，导气管的另一端与煤油预燃组件连接；

7、其中，吸除槽的上游压力根据飞行马赫数和第一子流道的压缩程度计算，下游压力根据压气机的工作状态计算，上游压力和下游压力的压差用于将第一子流道壁面上的低速附面来流空气层引入吸除槽，通过控制压差控制吸除气体的流量。

8、在其中一个实施例中，煤油预燃组件包括煤油储箱以及预燃室，预燃室的一端与导气管连通，另一端与第二子流道连通，煤油储箱与预燃室连通；

9、煤油储箱与预燃室之间设置有煤油调节阀。

10、在其中一个实施例中，第三子流道的外侧设置有侧壁火箭，侧壁火箭的一端与第三子流道连通，另一端设置有第一进口和第二进口，第一进口与煤油储箱连通，第二进口与氧气储箱连通；

11、第一进口与煤油储箱之间设置有煤油调节阀，第二进口与氧气储箱之间设置有氧气截止阀。

12、在其中一个实施例中，第二子流道内部上下两侧分别设置有一个燃料支板，两个燃料支板错位设置。

13、在其中一个实施例中，第三子流道内部设置有支板火箭，支板火箭用于对高温富燃燃气进行助燃。

14、本发明的有益效果是：

15、(1)本发明通过在第一子流道外侧设置自引吸除气组件，能够吸引第一子流道的来流空气形成吸除气以进行辅助燃烧，利用压气机可以提高抽吸流量，增强吸除槽性能，进而提高进气道工作性能。

16、(2)本发明利用吸除气在预燃室里与煤油进行预燃，将高温富燃燃气引入第二子流道，实现火焰可靠燃烧与稳定，提高燃烧效率，并且由于高温富燃燃气的助燃作用，第二子流道内火焰更加稳定，可以降低支板火箭的流量需求，进而提高整个发动机的比冲。

17、(3)利用吸除槽抽吸第一子流道进气道壁面附面层，可以提高高速主流通气面积，改善进气道起动性，可以避免低马赫来流时由于第二子流道段容纳激波能力有限，冲压燃烧室燃烧反应形成高压状态，导致的进气道溢流甚至不起动的问题。

技术特征：

1.一种自引吸除气预燃增强冲压煤油燃烧的rbcc发动机，其特征在于，所述rbcc发动机的冲压流道为前后开口的腔体结构，所述冲压流道的进气口(1)到出气口依次包括第一子流道、第二子流道和第三子流道，相邻两个子流道连通；

2.如权利要求1所述的一种自引吸除气预燃增强冲压煤油燃烧的rbcc发动机，其特征在于，所述自引吸除气组件包括吸除槽(2)、集气腔(3)、引气管(5)、压气机(8)、电源(7)以及导气管(9)；

3.如权利要求2所述的一种自引吸除气预燃增强冲压煤油燃烧的rbcc发动机，其特征在于，所述煤油预燃组件包括煤油储箱(10)以及预燃室(14)，所述预燃室(14)的一端与所述导气管(9)连通，另一端与所述第二子流道连通，所述煤油储箱(10)与所述预燃室(14)连通；

4.如权利要求3所述的一种自引吸除气预燃增强冲压煤油燃烧的rbcc发动机，其特征在于，所述第三子流道的外侧设置有侧壁火箭(13)，所述侧壁火箭(13)的一端与所述第三子流道连通，另一端设置有第一进口和第二进口，所述第一进口与所述煤油储箱(10)连通，第二进口与氧气储箱(4)连通；

5.如权利要求4所述的一种自引吸除气预燃增强冲压煤油燃烧的rbcc发动机，其特征在于，所述第二子流道内部上下两侧分别设置有一个燃料支板(6)，两个燃料支板(6)错位设置。

6.如权利要求5所述的一种自引吸除气预燃增强冲压煤油燃烧的rbcc发动机，其特征在于，所述第三子流道内部设置有支板火箭(15)，所述支板火箭(15)用于对高温富燃燃气进行助燃。

技术总结本发明公开了一种一种自引吸除气预燃增强冲压煤油燃烧的RBCC发动机，RBCC发动机的冲压流道为前后开口的腔体结构，冲压流道的进气口到出气口依次包括第一子流道、第二子流道和第三子流道，相邻两个子流道连通；RBCC发动机的冲压流道外侧设置有自引吸除气组件和煤油预燃组件，自引吸除气组件的一端与第一子流道链连接，自引吸除气组件的另一端与煤油预燃组件连接，煤油预燃组件与第二子流道连接；自引吸除气组件用于吸引第一子流道的来流空气形成吸除气，并将吸除气进行加压输送至煤油预燃组件，煤油预燃组件用于将吸除气与煤油混合进行初步燃烧形成高温富燃燃气输送至第二子流道。本发明的RBCC发动机比冲高且冲压燃烧室内火焰燃烧稳定。技术研发人员：秦飞,陈兴良,朱润童,朱韶华,刘冰,何国强受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9