[发明专利]一种具有再生冷却功能的复合材料爆震发动机燃烧室结构

说明书

本发明公开了一种具有再生冷却功能的复合材料爆震发动机燃烧室结构，燃烧室套筒由陶瓷基复合材料加工而成，燃烧室套筒的外壁面上开设有至少一道凹槽，凹槽中安装有换热管，换热管内流动有冷却液。换热管内流动的冷却液为爆震发动机所用航空煤油，换热管的尾端与爆震发动机连接，换热后的航空煤油直接供爆震发动机使用。换热管与凹槽槽面之间设有界面层。本发明以实现对爆震发动机燃烧室内壁的快速冷却，结构简单，换热面积大，对流换热系数高，陶瓷基复合材料的选用可以有效提高爆震发动机工作温度同时减轻发动机重量，对于提高爆震发动机各项性能具有很好的有益效果。

技术领域

本发明涉及发动机燃烧室的技术领域，尤其涉及一种具有再生冷却功能的复合材料爆震发动机燃烧室结构。

背景技术

爆震发动机是一种利用爆震波产生推力的全新发动机，与传统的燃气涡轮发动机工作方式有很大区别，爆震发动机利用爆震波使工作流体增加并进行等容燃烧，可以使工作流体获得更多内能，具有更好的循环效率，具有热循环效率高，结构简单、重量轻、推重比大等优点，但是爆震发动机燃烧室 所处热环境非常复杂恶劣，而燃烧室又是发动机的核心部件，在马赫数达到6以上时，燃烧室内的温度会达到2600K以上，燃烧室的内壁会出现裂纹、烧蚀、结构破坏等情况，因此发动机燃烧室本身的耐高温性能和热防护至关重要，高温合金已经不能满足燃烧室的高温载荷。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中提及的问题，提供一种具有再生冷却功能的复合材料爆震发动机燃烧室结构，本发明为一种新型的热防护方式，能够使结构承受较高热载荷并使发动机稳定运行，原理是利用冷却液在冷却通道里流动时对流换热把燃烧室套筒热量带走，把燃烧室内壁温度降低到材料允许的温度，为了降低燃烧室结构的高温热应力，在铜管与陶瓷基复合材料之间设置有界面层。采用陶瓷基复合材料（CMC）作为燃烧室套筒，可以有效提高燃烧室耐高温能力、降低爆震发动机的重量、简化爆震发动机结构，从而有效提高爆震发动机效率和推重比。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种具有再生冷却功能的复合材料爆震发动机燃烧室结构，包括燃烧室套筒，燃烧室套筒一端为燃烧室入口、另一端为燃烧室出口，其中：燃烧室套筒由陶瓷基复合材料加工而成，燃烧室套筒的外壁面上开设有至少一道凹槽，凹槽中安装有换热管，换热管内流动有冷却液。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的爆震发动机通过燃烧航空煤油产生爆震波，该爆震波从燃烧室入口进入燃烧室套筒并沿燃烧室套筒内壁面传播，换热管内流动的冷却液为爆震发动机所用航空煤油，换热管的尾端与爆震发动机连接，换热后的航空煤油直接供爆震发动机使用。

上述的凹槽为若干道，沿燃烧室套筒轴向布设，每道凹槽中均安装换热管。

上述的换热管与凹槽槽面之间设有界面层。

上述的界面层为石墨制作。

上述的换热管为铜合金管。

上述的界面层厚度为1mm。

本发明具有以下优点：

1、本发明通过燃烧室套筒的外壁面上开设凹槽，凹槽中安装有换热管，换热管内流动有冷却液可以实现对爆震发动机燃烧室内壁的快速冷却，结构简单，换热面积大，对流换热系数高。

2、本发明燃烧室套筒由陶瓷基复合材料加工而成，陶瓷基复合材料（简称CMC）可以在1932K下长时间工作，且质量只有高温合金的1／3，应用于爆震发动机燃烧室套筒可以大幅度提高燃烧室耐温温度，减少冷却空气量，降低爆震发动机重量，提高爆震发动机效率和推重比，对于超高声速飞行器具有极高的应用价值。