[发明专利]一种连续旋转爆震燃烧室及冲压发动机

说明书

为进一步提高旋转爆震燃烧室的燃烧组织能力和推力性能，本发明提供一种连续旋转爆震燃烧室及冲压发动机，包括外壳以及位于外壳内腔的筒体，所述筒体为前后贯通的空筒，筒体与外壳内壁之间形成环形流道，环形流道前端设为进气道，在进气道之后的环形流道上依次设置有隔离段、爆震燃烧室以及尾喷管，隔离段与爆震燃烧室之间的衔接处为阶梯状的突扩过渡，形成后向台阶，能够稳定火焰并增强燃烧；爆震燃烧室后段的环形流道线性缩小形成连接尾喷管的倾斜过渡段。本发明可增强连续旋转爆震的稳定性,拓宽连续旋转工作边界。

技术领域

本发明涉及冲压发动机技术领域，尤其涉及一种连续旋转爆震燃烧室及冲压发动机。

背景技术

目前的航空发动机、火箭发动机、冲压发动机等热力发动机，都是以等压燃烧方式把燃料化学能转化为热能，燃烧产生的高温高压燃气膨胀加速后喷出，从而产生推力，经过多年的发展优化，这类发动机的燃烧性能都已接近理论极限，难以再大幅度提高。另外这些发动机的内部燃烧过程还有一个共同特点，那就是顺着气体流动方向组织燃烧，即在燃气向下游流动的过程中完成燃烧。为了保证燃料与氧化剂能充分燃烧，发动机燃烧室必须有足够的长度，通常燃烧室内流动速度越快，燃烧室长度也越长。

与传统的采用等压燃烧的航空航天动力装置相比，爆震燃烧的能量转换效率并没有明显提高，但是其燃烧产物的做功品质较高，做功能力更强，整体热循环效率更高，从爆燃到爆震燃烧形式的转变是航天化学推进的另一个发展趋势。可见，基于爆震的吸气式冲压发动机具有广阔的应用前景。

旋转爆震发动机是利用爆震组织燃烧的一种发动机，沿圆周方向组织燃烧，使得旋转爆震发动机燃烧室长度低于传统的发动机，可使旋转爆震发动机的体积、重量大幅降低。

旋转爆震发动机的工作原理是：首先，氧化剂从环形通道进入隔离段，燃料由喷孔喷入氧化剂来流，两者经过短距离即可均匀混合后一起进入爆震室。然后，通过点火器起爆，在燃烧室内形成初始爆震波。其次，初始爆震波沿环形燃烧室的圆周方向传播，由于燃料和氧化剂沿轴向流入、燃烧产物也沿轴向流出，当爆震波传播一周回到初始位置时，原来的燃烧产物已经流走，新鲜的燃料和氧化剂混合物又已流入，因此爆震波能够继续维持。这样周而复始，爆震波在环形燃烧室内持续旋转传播，高温高压的燃烧产物再经尾喷管高速排出，从而产生推力。由于旋转爆震燃烧的频率高达几千赫兹，旋转爆震发动机可产生稳定的推力。

目前申请人研究的旋转爆震发动机主要有圆环型和圆筒型两种爆震燃烧室方案，其中圆环形燃烧室一般由外套和位于外套内腔的实心内柱组成，外套和实心内柱之间为圆环形流道。圆环形流道依次分布有环形隔离段、过渡段和爆震室，燃料喷注腔位于隔离段外围。圆筒型燃烧室主要由外套和位于外套内腔的实心内柱组成，外套和实心内柱之间为圆环形的内流道。圆环形内流道依次设有环形进气通道、环形隔离段，隔离段以及内柱后的圆筒形外套内腔即为圆筒形爆震室，燃料喷注腔位于环形隔离段的外围。氧化剂从环形进气通道进入环形隔离段，燃料由燃料喷孔喷入，燃料与氧化剂来流两者经过短距离即可均匀混合后一起进入圆筒形爆震室，然后经起爆器起爆后，在圆筒形爆震室内即可形成连续旋转爆震燃烧波。

与的圆环形燃烧室相比，圆筒型燃烧室具有更强的燃烧组织能力，但是其燃烧室平均压力较低，不利于提高推力性能，但圆环形燃烧室工作边界有限，不利于低当量比工作，然而飞行工作过程中需要具有低当量比工作的能力。同时上述两种方案中都存在内柱，在发动机长时间工作的情况下，爆震室外套和内柱都需要热防护，热防护面积和难度都较大，同时内柱空间利用率较低，给设计进气道带来较大难度。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，为进一步提高旋转爆震燃烧室的燃烧组织能力和推力性能，本发明提供一种连续旋转爆震燃烧室及冲压发动机，可增强连续旋转爆震的稳定性,拓宽连续旋转工作边界。

为实现上述技术目的，本发明提出的技术方案为：