[实用新型]用于提高射流穿透深度的液体燃料喷注装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及高超声速飞行技术领域，具体的涉及一种用于提高射流穿透深度的液体燃料喷注装置。

背景技术

超燃冲压发动机作为高超声速飞行器的理想动力装置和关键技术之一。在高超声速飞行条件下，由于超燃冲压发动机燃烧室尺寸有限，气流在其中停留时间仅为毫秒量级，在高超声速飞行条件下，超燃冲压发动机燃烧室内气流的驻留时间短，而液体燃料在燃烧之前需要经历雾化、蒸发、混合等过程。雾化是燃烧过程的初始阶段，雾化过程直接决定着蒸发、混合和燃烧效率。为了提高横向液体射流的穿透深度，改善燃料的喷注混合特性，支板、气动斜坡以及气泡雾化等被动增强技术被投入大量的研究。

气流流经支板会在支板后面产生回流区和涡结构，涡结构对射流有一定的抬升和卷吸作用；但是支板作为一个实际存在的物理结构放入流场中，会极大地改变流场机构，增加来流空气的阻力，产生较大的总压损失。现有研究发现飞行马赫数6，飞行高度24.5km时支板前缘温度近1670K，马赫数8，高度30km时支板前缘温度大于2800K，超出了目前耐烧蚀材料的极限，为了保证该方案的实施，还需对支板结构提供热防护。

气动斜坡结构通过上游喷嘴喷出的高压欠膨胀气流对来流形成阻碍，产生弓形激波，并且在下游产生大规模的流向涡，和单孔直射相比，气动斜坡具有更好的掺混效果和总压恢复。目前对气动斜坡的研究是针对气体射流，对液体射流的研究并未开展。

气泡雾化射流喷嘴，可通过提高液气动量通量比提高穿透深度。气泡雾化射流相对于纯液体射流可以得到更浓密的喷雾和更小的雾化液滴，同时气泡雾化射流穿透深度明显高于纯液体射流。但是气泡雾化喷嘴的加工过程较纯液体射流喷嘴复杂。

以上这些方法虽然能够较大程度的提高射流穿透深度及雾化效果，但是都存在不同程度的以牺牲流场稳定、总压损失、结构以及可靠性为代价，因此，急需一种既能极大程度地提高射流穿透深度，又能尽可能少地改变流场结构从而获得更高总压恢复的平板喷注方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于提高射流穿透深度的液体燃料喷注装置，该实用新型解决了现有技术中液体燃料射流穿透深度不够，不能与主流进行充分掺混，壁面附近的射流雾化效果差；现有方法对射流穿透深度的提高，对流场结构的改变过大技术问题。

本实用新型提供一种用于提高射流穿透深度的液体燃料喷注装置，包括燃烧室，燃烧室侧壁上间隔开设有用于将射流带入主流内并提高二者混合度的气体喷孔和用于形成射流的液体喷孔，气体喷孔靠近主流源头设置，气体喷孔的一端与储气罐通过管路相连接，气体喷孔的另一端设置有用于喷射气体的喷嘴；液体喷孔远离主流源头设置，液体喷孔的一端与液体燃料的储罐通过管路相连接，另一端设置有用于喷射液体燃料的喷嘴，液体喷孔的喷嘴和气体喷孔的喷嘴的一端与燃烧室的内壁对齐；

气体喷孔的喷嘴直径大于液体喷孔的喷嘴直径；

气体喷孔与液体喷孔的轴线均分别与主流来流方向垂直，气体喷孔的轴线与液体喷孔的轴线的垂直连线与主流的来流方向平行。

进一步地，体喷孔的直径为其中表示液体燃料质量流量，Δp表示液体喷注压力，ρ表示液体燃料密度；气体喷孔当量直径d_g＝(2～4)d_l，气体喷孔与液体喷孔的间距为Δl＝(15～30)d_l。

进一步地，气体喷孔的横截面为圆形、椭圆形、菱形或长方形。

本实用新型的技术效果：

本实用新型提供的用于提高射流穿透深度的液体燃料喷注装置，通过在超声速液体横向射流上游加注气体射流，借助气体射流使其能伴随射流前进，从而能够使射流深入主流并实现有效的掺混。

本实用新型提供的用于提高射流穿透深度的液体燃料喷注装置，与采用支板等物理结构的掺混增强措施相比，无须为所用支板增设热防护装置。减少了冗余结构对射流的干扰。

具体请参考根据本实用新型的用于提高射流穿透深度的液体燃料喷注装置提出的各种实施例的如下描述，将使得本实用新型的上述和其他方面显而易见。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例用于提高射流穿透深度的液体燃料喷注装置的侧视剖视示意图；

图2是本实用新型优选实施例用于提高射流穿透深度的液体燃料喷注装置的俯视剖视示意图；

图3是本实用新型优选实施例用于提高射流穿透深度的液体燃料喷注装置的气体喷孔和液体喷孔多种组合喷注空间分布位置示意图，其中a)是第一种实施方式；b)是第二种实施方式；c)是第三种实施方式；