[发明专利]一种旋转爆震燃烧室的导向喷管

权利要求书

1.一种旋转爆震燃烧室的导向喷管，包括旋转爆震燃烧室本体和导向喷管，其特征在于：燃烧室头部是一圆盘，燃烧室外环是一个圆环形壳体，燃烧室外环和燃烧室头部共同组成旋转爆震燃烧室的主体，根据有无内柱设计为环形燃烧室或空桶型燃烧室，整体尺寸根据燃料的类型和使用环境进行合理设计；燃料和氧化剂采用对撞环孔形式供给，经管道分别从燃烧室头部处沿周向均布的30～120对环孔中喷出，以保证燃料和氧化剂的充分掺混、雾化；掺混系统还可采用环孔-环缝对撞式或气液同轴离心方式；点火组件安装在燃烧室外环壁面，用于对旋转爆震燃烧室点火，使用预爆震管、热射流管或火花塞；在点火位置一侧设置惰性介质喷注孔，数量为10～20个，喷注时间早于点火时间30～100ms，点火触发后停止喷惰性气体以确保有效隔离，具体时间需综合考虑点火延迟、惰性介质隔离区域形成时间后确定；导向喷管由导向喷管外环、导向叶片和导向喷管中心体组成；对于空桶型燃烧室，在燃烧室出口位置直接将喷管外环与燃烧室外环相连，对于环形燃烧室，燃烧室外环与导向喷管外环相连，导向喷管中心体与燃烧室内柱直径相同，且互相连接，根据不同燃烧室的构型，导向叶片沿燃烧室径向的高度需满足以下条件：

1)环形燃烧室

H＝r_outer-r_inner

2)空桶燃烧室

0.2r_outer≤H＜r_outer

式中，H为导向叶片沿燃烧室径向的高度，r_outer为喷管外环半径，r_inner中心体半径；

导向叶片两端分别与导向喷管外环和中心体相连，沿周向均匀分布，数量为8～40个，叶片前半段中弧线弯曲且前缘方向与燃烧室出口气流角一致，对气流进行整流，将气流的周向速度偏转为轴向速度，导向叶片前缘与燃烧室轴线的夹角为：

式中，θ_i为导向叶片前缘与燃烧室轴线的夹角，v_z,ce为燃烧室出口气流轴向速度，v_t,ce为燃烧室出口气流周向速度；后半段中弧线为直线，且安装方向与燃烧室轴线方向一致，用于气流的加速膨胀。

2.根据权利要求1所述的一种旋转爆震燃烧室的导向喷管，其特征在于：所述导向叶片特征尺寸的设计准则应满足以下条件：

(1)喉道位置处导向叶片最大厚度所对应的圆心角

气流的加速膨胀过程主要在导向叶片后半段形成的通道中完成，叶片的最大厚度位置处形成的通道对应着喷管整体的喉道位置，根据燃烧室出口的气流参数以确定尾喷管的喉道面积，则喉道位置处导向叶片最大厚度所对应的圆心角大小需由以下条件确定：

式中，A_th为导向叶片喉道位置所需的面积，R为气体常数，γ为出口气流比热比，为流经燃烧室的气流流量，T_t为燃烧室出口气流总温，p_t为燃烧室出口气流总压，Θ_th为导向叶片喉道位置所对应的圆心角，π为圆周率，N为导向叶片数量；

(2)导向叶片尾缘厚度所对应的圆心角

导向叶片尾缘厚度处形成的通道对应着喷管整体的出口位置，喷管出口面积则由燃烧室出口气流完全膨胀为环境压力时的出口马赫数决定，则导向叶片尾缘厚度所对应的圆心角大小需由以下条件确定：

式中，π_des为喷管的设计落压比，p_t,des为燃烧室设计点总压，p₀为环境压力，Ma_ne为喷管出口马赫数，A_ne为喷管出口面积，Θ_ne为导向叶片尾缘厚度所对应的圆心角；

(3)导向叶片沿燃烧室轴向的长度

气流流动方向发生偏转及膨胀做功产生推力的过程中，应减少总压损失，导向叶片的长度决定了气流偏转的疾缓和摩擦损失的程度，则根据经验关系式，导向叶片沿燃烧室轴向的长度需满足以下条件：

L_z＝L₁·sinθ_i+L₂

式中，L_z为导向叶片沿燃烧室轴向的总长度，L₁为导向叶片前半段的长度，L₂为导向叶片后半段的长度，L_c为燃烧室的长度。