[发明专利]一种可变斜楔角度和起点的斜爆震发动机燃烧室实验装置

说明书

本发明公开了一种可变斜楔角度和起点的斜爆震发动机燃烧室实验装置，包括前连接部，后连接部，以及设置在前连接部和后连接部之间的燃烧室；燃烧室加工有斜楔，斜楔角度和起点位置可以根据来流可燃气体的压强、温度、当量比以及掺混均匀程度进行调整；斜楔表面分布有燃料喷注孔，可将燃料喷注在斜爆震波面后区域内，以改变燃烧室内的波系结构或斜爆震发动机的推力；所述燃烧室左壁面与燃烧室右壁面安装有观察窗，以观察试验中斜爆震波的起爆以及驻定过程。

技术领域

本发明属于超燃冲压发动机燃烧室领域，特别是一种可变斜楔角度和起点的斜爆震发动机燃烧室实验装置。

背景技术

超燃冲压发动机是目前飞行器在大气层内实现超高声速飞行的最佳动力装置，超燃冲压发动机由进气道、燃烧室和单边膨胀尾喷管三大部件组成，其中进气道通过收缩壁面产生激波将高超声速空气减速增压到适合燃烧的状态，然后气流与燃料在燃烧室内混合燃烧释热，转变成高温高压气体后通过尾喷管膨胀产生推力。而以超燃冲压发动机为基础的高性能推进技术，则是实现高超声速推进的核心关键技术。传统的超燃冲压发动机设计中采用近似于等压循环的爆燃燃烧作为燃烧的组织方式，而目前仅通过优化燃烧室构型和燃料混合方式的方法也很难使发动机推力有大幅度的提高，如果采用近似于等容循环的爆震燃烧作为冲压发动机的燃烧组织方式，则在理论上可以提高超燃冲压发动机30％的推力性能，由此可见，爆震燃烧作为一种更高效的燃烧组织方式，在超燃冲压发动机的推力性能优化设计中有很广阔的应用前景。

斜爆震冲压发动机中可燃气来流经斜劈诱导斜激波，进而诱发斜爆起爆，在合适的来流条件及斜坡角度下，斜爆震波起爆后可以驻定在斜坡表面，而且化学反应也在斜爆震波附近发生，在微秒量级内就可以完成，然后高温经喷管膨胀后排出，产生推力。斜爆震波驱动的超燃冲压发动机除了在燃烧循环效率上具有优势外，还因为爆震反应区域小所以具有发动机尺寸短、轻量化且结构简单的优点，另外，斜爆震作为驱动方式可以在高马赫数下有更少的单位油耗率，进一步提高了发动机性能。

斜爆震波的成功起爆与驻定是斜爆震发动机正常工作的必要条件，而斜爆震波的起爆又与斜楔的角度与起点有着密切关系，目前，在存在壁面约束的真实斜爆震发动机燃烧室中斜爆震波的起爆和驻定机理尚不明晰。因此，为了推进斜爆震发动机的工程应用的进程，结合超声速激波风洞，对于斜爆震发动机燃烧室进行多工况的试验就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可变斜楔角度和起点的斜爆震发动机燃烧室实验装置，以实现燃烧室斜楔角度与起点位置与来流条件匹配，从而起爆斜爆震波并使其在燃烧室内稳定驻定，且燃烧室斜楔上设有燃料补充孔，以实现在实验过程中提高起爆概率、改变波系结构、加力燃烧。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种可变斜楔角度和起点的斜爆震发动机实验装置，包括前连接部，后连接部，以及设置在前连接部和后连接部之间的燃烧室，所述燃烧室的下壁面为可拆卸结构，以更换不同规格的燃烧室下壁面，即不同的斜楔角度和斜楔起点；

所述燃烧室下壁面设有斜楔，用于根据来流情况调整角度以保证斜爆震波能够起爆、根据燃烧室释热情况调整斜楔位置保证斜爆震波稳定驻定：选择合适的斜楔角度诱导产生足够强的前导斜激，使前导斜激波与激波诱导燃烧产生的压缩波之间产生相互增强作用，最终斜激波与燃烧波耦合成为斜爆震波；选择合适的斜楔位置与燃烧室上壁面形成适当大小的流道面积，使起爆后的斜爆震波不会因化学反应热释放效率过快而出现热壅塞，从而向上游传播。

所述斜楔上设有燃料补充孔，用于向激波诱导燃烧的燃烧区或者斜爆震波波面后的化学反应区内补充燃料，增大燃烧区内燃料质量分数，可增大燃烧波强度，提高激波诱导燃烧向爆震转变的概率；增大化学反应区内燃烧质量分数，利用化学反应区的高温高压特性，可实现燃料的快速燃烧，从而增大燃烧室推力。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：