[发明专利]发动机燃烧室的火焰稳定方法、燃烧室、发动机及飞行器

说明书

本发明提供一种发动机燃烧室的火焰稳定方法、燃烧室、发动机及飞行器，包括：对连续激光进行光学处理，使连续激光在燃烧室内形成空间多点激光聚焦结构；利用多点激光聚焦结构促使燃烧室内的火焰稳定。通过对连续激光进行光学处理，使连续激光在燃烧室内形成空间三维的多点激光聚焦结构，通过多点激光聚焦结构促使燃烧室内的火焰稳定从而达到火焰稳定器的功能，相较于现有技术中的机械火焰稳定器，没有侵入高温流场的机械结构，火焰稳定器自身无需冷却，同时由于多点激光聚焦结构远离发动机燃烧室壁面，燃烧区域集中在燃烧室芯流，使得发动机燃烧室壁面的热流量也显著降低，从而能够降低发动机本体的热防护难度。本发明应用于航空航天推进领域。

技术领域

本发明涉及航空航天推进领域，尤其涉及一种发动机燃烧室的火焰稳定方法、燃烧室、发动机及飞行器。

背景技术

目前，如图1所示，在吸气式发动机或航空发动机燃烧室101内，由于气流的流动速度高于火焰传播速度，多采用侵入式的机械火焰稳定器102，如支板、凹腔或V型槽，在流场中创造一个速度较低的回流区103，使得火焰传播速度与流动速度相等，促使火焰稳定。但侵入燃烧火焰中的火焰稳定器带来了流动损失、附加阻力，还造成了严重的热负荷，导致热防护困难，直接提高了发动机设计的难度、制约了发动机性能的提高、提高了发动机的生产制造成本。

以支板为例，由于支板安装在燃烧室流道中心，支板暴露在高焓来流或者燃烧流场中会对来流产生较大扰动，造成总压损失并带来阻力，同时面临着严重的热防护问题。例如，典型Ma6飞行状态下燃烧室入口总温可达1680K，支板前缘热流量可达7MW/m²，已经远超常规材料的许用温度，采用耐高温材料来进行支板的被动热防护是其中的一种主要方法，例如采用C/Si C材料。但面对更高马赫数和更高总温的来流中发动机长时间工作的需要，单纯依靠耐高温材料被动放热难以解决问题。另外还可以采用携带燃料的物理和化学热沉对发动机和支板进行再生冷却，或者采用支板前缘吹气和气膜冷却的方法。但这些方法在实现中设计复杂，加工制造难度大，生产成本高。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种发动机燃烧室的火焰稳定方法、燃烧室、发动机及飞行器。

采用的技术方案是：

一种吸气式发动机燃烧室的火焰稳定方法，包括：

步骤1，对连续激光进行光学处理，使连续激光在燃烧室内的芯流区域形成空间三维的多点激光聚焦结构；

步骤2，利用多点激光聚焦结构促使燃烧室内的火焰稳定。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤2具体包括：

步骤21，多点激光聚焦结构中的聚焦点在局部位置击穿气体后产生激波和高温等离子体；

步骤22，燃烧室内的气流流经步骤21中产生的激波后流动速度降低温度升高，并带动步骤21中产生的高温等离子体向多点激光聚焦结构的下游传播，并在多点激光聚焦结构的下游形成低速高温的富含离子的热尾迹区；

步骤23，利用步骤22中的热尾迹区使热尾迹区内的燃料点火延迟缩短与气流驻留时间延长，调节连续激光的入射能量使得燃料点火延迟的时间与所述气流驻留的时间相等，最终使得燃料在热尾迹区内实现火焰稳定。

作为上述技术方案的进一步改进，所述多点激光聚焦结构为V形槽结构或凹腔结构或板状结构。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤1具体包括：

步骤11，对连续激光进行扩束以扩大激光束的直径；

步骤12，将直径扩大后的激光束依次经过分束与衍射聚焦，最终在燃烧室内形成空间三维的多点激光聚焦结构。