一种提高固体燃料超燃冲压发动机推力的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112796906A(43)申请公布日2021.05.14(21)申请号202110231127.4(22)申请日2021.03.02(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人武志文陈鹏鑫张智慧张皓(74)专利代理机构北京正阳理工知识产权代理事务所(普通合伙)11639代理人王民盛(51)Int.Cl.F02K7/10(2006.01)F02K1/82(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种提高固体燃料超燃冲压发动机推力的方法(57)摘要本发明涉及一种提高固体燃料超燃冲压发动机推力的方法，具体涉及的是固体燃料超燃发动机的燃烧室实验，属于固体燃料超燃冲压发动机实验领域。本发明通过改变肋条的安装角度，可以实现不同的气体旋流程度，超声速来流在旋转装置作用下，增加了切向速度，提高了燃料在燃烧室内的驻留时间，增强了燃烧，提高了燃烧效率，燃烧充分，从而达到提高推力的效果。且本发明整个发动机采用可拆卸式设计，整个发动机由进气道尾喷管，气体旋转装置和燃烧室组成。可以通过改装气体旋转装置，达到不同的旋流程度，从而达到不同的实验效果。CN112796906ACN112796906A权利要求书1/1页1.一种提高固体燃料超燃冲压发动机推力的方法，其特征在于：在进气道和燃烧室之间安装气体旋转装置，该气体旋转装置由壳体和肋条组成；所述壳体为中空圆柱体，肋条安装在壳体内壁，肋条与主轴夹角为θ；通过改变肋条的安装角度，可以实现不同的气体旋流程度，产生预设推力；所述θ的计算方式为：用旋流数定义气体旋转程度，旋流数S定义为流体的角动量的轴向通量Gθ与轴向动量GZ和燃烧装置特征半径R的乘积之比；其中：式中：ρ是流体密度；r是任意半径；U为旋流任一截面上的轴向速度；W为旋流任一截面上的切向速度分量；P为旋流任一截面上的静压力，R为燃烧装置的特征半径；切向速度分量与轴向速度分量存在如下关系式：W＝Utanθ(0.4)对式(1.2)和(1.3)积分得到：最终得到旋流数S和θ的关系：其中，Rw为气体旋转装置壳体外径，Rn为气体旋转装置壳体内径。2.如权利要求1所述的提高固体燃料超燃冲压发动机推力的方法，其特征在于：所述肋条参数如下肋条高度：H＝(0.15～0.2)*D，D为气体旋转装置壳体直径；肋条厚度夹角：δ＝(50～60)°。3.如权利要求1所述的提高固体燃料超燃冲压发动机推力的方法，其特征在于：所述肋条的翼型表面更符合气动特性，减少了总压损失，使来流静温升高幅度减小，还能达到使来流旋转的效果。4.如权利要求1所述的提高固体燃料超燃冲压发动机推力的方法，其特征在于：为了使旋流数S保持在0.4～0.6之间，肋条个数不能过多，通过计算，肋条个数n≤4。2CN112796906A说明书1/4页一种提高固体燃料超燃冲压发动机推力的方法技术领域[0001]本发明涉及一种提高固体燃料超燃冲压发动机推力的方法，具体涉及的是固体燃料超燃发动机的燃烧室实验，属于固体燃料超燃冲压发动机实验领域。背景技术[0002]固体燃料的超燃冲压发动机能使其吸入的空气作为氧化剂并快速燃烧，提高比冲，而且具有结构简单、可靠性高、安全性好、反应迅速、存储运输方便等优点，在高超声速推进领域中有广阔的应用前景。[0003]固体燃料超燃冲压发动机是一种将固体燃料浇注或黏接在燃烧室内，与超声速气流直接燃烧的冲压发动机。固体燃料超燃冲压发动机通常由进气道、燃烧室和喷管3部分组成。高速来流空气(Ma>5)经过进气道减速增压，到燃烧室入口(即进气道出口)时气流为高压高温的超声速气流。随后，气流在燃烧室入口台阶后发生流动分离，一部分气流在凹腔内形成低速(亚声速)高温高压回流区域。在高温气流下热解的燃料气体在凹腔内与空气中的氧气充分掺混，成功自点火后并维持火焰稳定燃烧；另一部分气体以超声速的状态进入等直段。气流流过等直段后，在扩张段继续扩张加速。随后，气流在扩张喷管中进一步减压加速，直至在喷管出口处达到理想膨胀状态。尽管固体燃料冲压发动机所使用的固体燃料化学性质较稳定，且预先不与氧化剂接触，拥有安全性高、结构简单、存储运输方便等优点，但是固体燃料超燃冲压发动机也存在一些问题。超燃冲压燃烧室主流速度在1000m/s左右，来流气体在燃烧室内的驻留时间在0.1ms左右，时间很短。碳氢燃料本身就燃烧效率低，而且超燃冲压发动机燃烧室中燃气和氧气的燃烧是非预混燃烧。化学反应的速度远远高于燃料气体和氧气的扩散速度，燃烧效率低，容易导致推力不足。发明内容[0004]本发明的目的是为了解决传统碳氢燃料燃烧效率低，产生推力小的问题，提供一种提高固体燃料超燃冲压发动机推力的方法，该方法能够有效提