一种基于楔形体的燃料组合喷注结构
技术领域
本发明涉及超燃冲压发动机的技术领域，特别涉及一种基于楔形体的燃料组合喷注结构。
背景技术
超燃冲压发动机作为一种推进动力装置，可以经济可靠地实现高超声速飞行目标。超燃冲压发动机一般包括进气道、隔离段、燃烧室、尾喷管等部件。
燃烧室的功能是实现燃料喷注、点火和燃烧。现有的燃料喷注方法根据喷注位置的不同可分为两类：壁面喷注和侵入式喷注。壁面喷注一般采用布置在发动机壁面的小孔将燃料注入燃烧室。侵入式喷注则常采用支杆、支板等装置，将燃料从燃烧室流道中部喷入。
壁面喷注的优点是：燃烧室内没有侵入体，对流动的阻滞较小，并且结构简单，加工成本较低。缺点是：燃料穿透深度较低、扩散速度较慢，达到充分混合的时间较长，一般用于小尺度燃烧室(燃烧室当量直径不大于Ф30mm)。
侵入式喷注的燃料穿透深度较高、扩散区域较大，达到充分混合的时间较短，一般适用于大尺度燃烧室(燃烧室当量直径大于Ф30mm)。但侵入式喷注采用支杆/支板等装置阻力较大，会引起很强的总压损失，从而降低发动机的推进效率，并且侵入式喷注还存在热防护的问题。
目前，常用的较大尺度燃烧室当量直径为内Ф30～Ф50mm，空气和燃料在燃烧室内驻留时间仅为毫秒量级。为了改善超燃冲压发动机燃烧室中燃料射流的穿透特性和扩散特性，实现燃料与超声速来流的快速充分混合，同时尽量控制气流的总压损失，降低侵入式喷注的热防护难度，急需一种新型的喷注结构。
发明内容
本发明意在提供一种基于楔形体的燃料组合喷注结构，以解决较大尺度超燃冲压发动机燃料扩散和混合的难题，并在一定程度上缓解现有的侵入式超燃冲压发动机喷注结构带来的总压损失大和热防护难的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于楔形体的燃料组合喷注结构，包括楔形体，多个所述楔形体间隔等距分布在超燃冲压发动机燃烧室的宽度方向上，所述楔形体的横截面形状为三角形，所述楔形体横截面积小的一侧朝向燃烧室的上游，所述楔形体的背风侧设有椭圆形喷孔，所述楔形体内开有与椭圆形喷孔连通的喷注通道，所述楔形体背风侧的燃烧室壁面上还开有圆形喷孔。
技术方案的原理：借助楔形体诱导产生流向涡同时形成背风区，楔形体诱导产生的流向涡可增强来流与燃料的卷吸作用，从而有效增强燃料的扩散和混合，而背风区为低动量流动区，有利于增强圆形喷孔射流的穿透深度；在圆形喷孔处的燃料射流穿透特性增强后，可对椭圆形喷孔射流形成强有力的撞击和抬升，有助于液态燃料液滴的破碎、雾化和蒸发，并进一步增强液态或气态燃料的扩散和混合效果，同时可有效抬升整体射流的穿透深度，从而减小燃烧室壁面附近的热流。楔形体背风面的椭圆形喷孔可改善燃料在燃烧室宽度方向的分布，增加燃料射流与超声速来流的接触面积，从而促进燃料在燃烧室宽度方向上的扩散和混合，并且椭圆形喷孔燃料射流在水平方向上的动量分量还可被用来增加发动机的推力。
进一步的，所述椭圆形喷孔的长轴方向与燃烧室的宽度方向平行。借助椭圆形喷孔可改善燃料在燃烧室宽度方向上的分布，增加燃料射流与超声速来流的接触面积，从而促进燃料在燃烧室宽度方向上的扩散和混合。
进一步的，所述椭圆形喷孔中心和圆形喷孔中心所在的平面与燃烧室宽度方向相互垂直。
与现有技术相比，本方案的有益效果：
1、本方案有利于改善燃料在超燃冲压发动机燃烧室宽度方向上的分布，提高燃料在燃烧室高度方向上的穿透深度，增强燃料在燃烧室中的扩散和混合，缩短燃料混合均匀所需要的时间和距离，有利于解决较大尺度超燃冲压发动机燃料射流的穿透和混合难题；
2、本方案可缩短燃烧室长度，从而减小燃烧室的阻力，同时可改善燃烧室壁面附近的热流环境，从而降低燃烧室和楔形体热防护的难度；
3、与传统的侵入式喷注结构相比，本方案能够减小气流总压损失。
附图说明
图1是本发明一种基于楔形体的燃料组合喷注结构的结构示意图。
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：燃烧室壁面1、楔形体2、椭圆形喷孔3、圆形喷孔4。
实施例
如附图1所示：一种基于楔形体的燃料组合喷注结构，包括楔形体2，楔形体2与燃烧室采用一体成型技术制成，多个楔形体2间隔等距分布在超燃冲压发动机的燃烧室壁面1上，多个楔形体2布置在燃烧室壁面1的宽度方向上，楔形体2的横截面形状为三角形，楔形体2上横截面积小的一侧朝向超燃冲压发动机的上游，楔形体2的背风侧开有椭圆形喷孔3，借助楔形体2背风面的椭圆形喷孔3可改善燃料在燃烧室宽度方向的分布，增加了燃料射流与超声速来流的接触面积，从而促进燃料在燃烧室宽度方向上的扩散和混合，并且椭圆形喷孔3的燃料射流在水平方向上的动量分量还可被用来增加发动机的推力。椭圆形喷孔3的长轴方向与燃烧室壁面1的宽度方向平行；楔形体2内开有与椭圆形喷孔3连通的喷注通道，楔形体2背风侧的燃烧室壁面1壁面上还开有圆形喷孔4，椭圆形喷孔3中心和圆形喷孔4中心所在的平面与燃烧室壁面1的宽度方向相互垂直。
本方案的工作过程：楔形体2诱导产生流向涡同时形成背风区，楔形体2诱导产生的流向涡可增强来流与燃料的卷吸作用，从而有效增强燃料的扩散和混合效果；而背风区为低动量流动区，有利于增强圆形喷孔4燃料射流的穿透特性。相较于传统的支杆、支板等侵入式喷注方式，因侵入程度和对超声速来流的滞止程度较小，楔形体2引入的总压损失较小，热防护难度有所降低。
在超燃冲压发动机燃烧室壁面1上的圆形喷孔4射流穿透特性增强后，可对椭圆形喷孔3的射流形成强有力的撞击和抬升，有助于液态燃料液滴的破碎、雾化和蒸发，并进一步增强液态或气态燃料的扩散和混合效果，同时可抬升整体射流的穿透深度，从而减小燃烧室壁面1附近的热流。因为在现有技术中圆孔的射流穿透特性较椭圆孔好，所以在背风区的燃烧室壁面1上采用圆形喷孔4以强化两股射流的撞击作用。
楔形体背风面上椭圆形喷孔3的长轴与燃烧室壁面1宽度方向平行，可改善燃料在燃烧室壁面1宽度方向上的分布，增加燃料射流与超声速来流的接触面积，从而促进燃料在燃烧室壁面1宽度方向上的扩散和混合，并且椭圆形喷孔3的燃料射流在来流方向上的动量分量还可被用来增加发动机的推力。
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。
