[发明专利]一种环形燃烧型空气加热器

说明书

本发明涉及空气加热器技术领域，公开了一种环形燃烧型空气加热器，包括依次连通的空氧混合段、喷注器、燃烧室、混合段、喷管段，所述燃烧室的出口尺寸小于所述混合段的入口口径，所述混合段连接有掺混空气口，所述燃烧室连接有点火器。本发明解决了现有技术存在的点火性能提升空间有限、点火稳定性差、可靠性差、难以应用于环形发动机进气试验场景等问题。

技术领域

本发明涉及空气加热器技术领域，具体是一种环形燃烧型空气加热器。

背景技术

燃烧型空气加热器（以下简称燃烧加热器）是一种采用燃料、氧气和空气燃烧反应的装置，该装置通过燃料+空气+氧气进行燃烧反应，形成高温、高压条件的高温气流，气流通过装置后端喷管流出，用于开展相关试验研究。低总温是指：当燃料、氧气和空气的燃烧后的燃气温度较低，在高超声速燃烧地面设备领域通常指加热器出口气流总温1000开尔文以下（对应飞行马赫数约4以下）。

燃烧加热器需要借助外部点火装置点燃喷注器喷入燃烧室内的介质，从而保证燃烧型空气加热器的正常启动，因此可靠的点火是燃烧加热器正常运行至关重要的步骤。当模型要求试验状态的总温较高，且燃料和氧化剂的当量比和流速恰当，则燃烧加热器的可实现迅速平稳的点火，保证加热器正常启动工作。但是空气燃烧加热器空气加热总温需求较低时，导致燃料和氧化剂配比偏差较大（通常是氧化剂含量过多时），若燃料和氧化剂均从加热器喷注器注入，则点火附近区域的燃料和氧化剂的混合当量比偏离恰当当量较大，会发生点火不成功或者点火延迟引起爆轰的现象。点火不成功则导致燃烧加热器无法正常运行工作，点火延迟的爆轰则可能会对设备的结构造成重大的结构破坏。因而在空气燃烧加热器在较低总温条件下运行状态下，如何实现稳定点火工作是典型的工程问题。

常用的提高燃烧加热器的点火性能的方案主要有以下三种，一是提高单个点火装置的能量或者增加点火装置数量，实现加热器的强迫点火；这种方式在当量比偏差不大的情况下可以使用，但，单个点火装置点火能量提升的空间有限，且增加点火装置的数量受到燃烧加热器结构布局的限制。二是通过改进加热器燃料和氧化剂喷注单元结构，增强燃料和氧化剂的混合。喷注单元的改进可以达到一定程度提高雾化、混合的效果，从而增强点火性能，但燃料和氧化剂均通过喷注器注入加热器中，点火性能提升空间有限。

三是从加热器整体结构上考虑，必须将加热器点火区域燃料和氧化剂的当量比控制在恰当的范围才能保证可靠的点火。实际设计中，将部分空气以掺混气的形式在燃烧室下游混入。保证燃烧室内以较高的温度进行燃烧，有利于点火和火焰稳定。掺混降温形式的原理如图1所示，试验气流方向为从左至右（以下皆同）。燃料和氧化剂在燃烧室中燃烧产生高温燃气，经过混气装置掺混常温空气降低试验气流的温度，通过减压段进入喷管，最后通过喷管膨胀加速形成满足试验需求的气流。喷管的出口通常有矩形和圆形两种。该构型加热器设计不适用于环形进气模式下的燃烧室设计。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种环形燃烧型空气加热器，解决现有技术存在的点火性能提升空间有限、点火稳定性差、可靠性差、难以应用于环形发动机进气试验场景等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种环形燃烧型空气加热器，包括依次连通的空氧混合段、喷注器、燃烧室、混合段、喷管段，所述燃烧室的出口尺寸小于所述混合段的入口口径，所述混合段连接有掺混空气口，所述燃烧室连接有点火器。

作为一种优选的技术方案，还包括扰流柱，所述扰流柱由所述燃烧室经所述混合段延伸至所述喷管段。

作为一种优选的技术方案，所述扰流柱为圆柱体结构。

作为一种优选的技术方案，所述扰流柱靠近所述燃烧室的一端设有弧形部，所述弧形部向靠近所述燃烧室的方向凸起。

作为一种优选的技术方案，所述燃烧室、所述混合段均为圆筒状结构。

作为一种优选的技术方案，喷管段包括向所述扰流柱凸起的凸起部。