[发明专利]超燃冲压发动机燃料喷射系统的设计方法

摘要

超燃冲压发动机燃料喷射系统的设计方法，涉及近空间飞行器。喷嘴分布的基本方式有三种：根据流动特征在近涡壁面周向分布喷嘴、沿流向分布喷嘴或在近涡壁面“品”字形分布喷嘴。解决了现有超燃冲压发动机按部件设计中存在的不足，即进气道设计要尽量控制出口均匀性，而燃烧室设计要人为引入非均匀涡结构。利用三维内收缩进气道出口的低能/低速区和角区涡结构，合理配置燃烧室喷嘴位置，加强进气道和超燃燃烧室之间流动特征的联系，可以增强燃料喷射和掺混效果，从而间接提高燃烧效率，提高超燃冲压发动机的总体性能。

主权项

超燃冲压发动机燃料喷射系统的设计方法，其特征在于包括以下步骤：1）用流体数值模拟软件对具有类V字形进口的三维内乘波进气道进行仿真，得到高超声速进气道在高超声速来流条件下的流场，根据流场特征，获得沿内乘波进气道内收缩段两侧生成和发展的角区涡，以及在进气道底部前缘生成的低能/低速区；2）截取内乘波进气道与燃烧室分界截面的流场，估算角区涡和低能/低速区的分布位置和覆盖范围，应用计算流体后期处理软件对进气道出口流场的压力分布进行处理，得到进气道出口截面内的等值压力线，从等值压力线的分布区分出位于进气道出口截面左右上角的角区涡和位于进气道出口截面底部的低能/低速区，并估算各自的位置和覆盖范围，进气道左右上角的角区涡在进气道出口截面流场中表现为两对反向对旋涡对；3）根据角区涡和低能/低速区的分布位置和覆盖范围确定喷嘴的分布形式，包括喷嘴的个数、位置和喷射角度；所述分布形式包括：a）喷嘴沿周向分布：针对角区涡和低能/低速区覆盖范围较广的情况，进气道左右上角沿角区涡周向布置喷嘴，喷嘴等距分布于对旋涡对之间；进气道底部沿低能/低速区周向布置喷嘴，喷嘴等距分布于低能/低速区之间；喷嘴的安装角度根据流场的发展调节：以喷嘴布置点在燃烧室壁面的法线方向为参考，调节喷嘴的喷射方向，所得的喷嘴喷射方向与燃烧室壁面法线的夹角即为喷嘴的安装角度；b）喷嘴沿流向分布：针对角区涡和低能/低速区覆盖范围较窄的情况，进气道左右上角沿角区涡流向布置喷嘴，喷嘴等距分布于角区涡的流路上；进气道底部沿低能/低速区流向布置喷嘴，喷嘴等距分布于低能/低速区流路上；喷嘴的安装角度根据流场的发展调节：以喷嘴布置点在燃烧室壁面的法线方向为参考，调节喷嘴的喷射方向，所得的喷嘴喷射方向与燃烧室壁面法线的夹角即为喷嘴的安装角度；c）喷嘴呈“品”字形分布：此类分布具有普适性，进气道左右上角采用“品”字形布置喷嘴，先在对旋涡对之间布置一个喷嘴，然后根据涡对的发展在其下游布置两个喷嘴，进气道底部也采用“品”字形布置喷嘴，喷嘴的安装角度根据流场的发展调节：以喷嘴布置点在燃烧室壁面的法线方向为参考，调节喷嘴的喷射方向，所得的喷嘴喷射方向与燃烧室壁面法线的夹角即为喷嘴的安装角度。