1.本發(fā)明涉及沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及液體碳?xì)淙剂狭呀鈿鈹y流固體燃料的混合燃料供給裝置。

背景技術(shù)：

2.固液混合高馬赫沖壓發(fā)動機(jī)是一種新概念發(fā)動機(jī)，它同時采用固體粉末和液體燃料作為推進(jìn)劑。其工作過程原理為：液體燃料通過再生冷卻通道對超聲速燃燒室進(jìn)行冷卻，產(chǎn)生高溫、高密度的燃油裂解氣或蒸汽，裂解氣以氣力輸運(yùn)的方式實(shí)現(xiàn)對固體粉末燃料的流化、摻混、噴射并進(jìn)入燃燒室進(jìn)行燃燒，利用噴氣推進(jìn)原理產(chǎn)生推力。

3.這種新概念的固液混合高馬赫沖壓發(fā)動機(jī)采用高能金屬或硼粉作為固體推進(jìn)劑，兼具液體燃料沖壓發(fā)動機(jī)推力可調(diào)、流量調(diào)節(jié)靈活、比沖高及固體火箭沖壓發(fā)動機(jī)安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。對于使用粉末燃料的沖壓發(fā)動機(jī)，固體粉末本身沒有流動屬性，因此流量可調(diào)控性差、燃燒室的熱防護(hù)依賴于耐高溫材料的被動熱防護(hù)、同時固體粉末在燃燒室內(nèi)不容易點(diǎn)火燃燒，使用金屬粉末顆粒作為燃料的好處是金屬粉末化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，安全性好、存儲方便，作戰(zhàn)反應(yīng)時間短，同時燃燒產(chǎn)物為高沸點(diǎn)的金屬氧化物，不易離解。使用液體燃料通過再生冷卻通道產(chǎn)生的裂解氣攜流固體粉末顆粒，使得固體粉末顆粒獲得了流動屬性，流量可調(diào)控性大大增強(qiáng)。裂解氣的點(diǎn)火燃燒能夠作為固體顆粒的點(diǎn)火源，改善燃燒室的點(diǎn)火燃燒特性。燃料在裂解過程中的吸熱特性，能夠?yàn)槿紵业臒岱雷o(hù)做出貢獻(xiàn)。

4.發(fā)動機(jī)在長時間運(yùn)行過程中，需要持續(xù)消耗混合燃料，混合燃料氣固兩相區(qū)摻混均勻后在燃燒室內(nèi)與來流空氣發(fā)生進(jìn)一步摻混后點(diǎn)火燃燒。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明的目的是提供一種固液混合超燃沖壓發(fā)動機(jī)混合燃料供給裝置。微米級高能固體燃料由活塞推動，在大分子碳?xì)淙剂狭呀鈿獾募羟袛y流作用下，獲得流動屬性，與發(fā)動機(jī)多工況運(yùn)行條件相適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)固液混合超燃沖壓發(fā)動機(jī)混合燃料供給氣固兩相摻混均勻的功能。

6.本發(fā)明采用的技術(shù)方案在于：包括用于大分子液體碳?xì)淙剂贤苿拥闹谩⒂糜诖蠓肿右后w碳?xì)淙剂狭呀獾脑偕鋮s通道，和對固體燃料進(jìn)行攜流摻混的燃料供給裝置；

7.所述燃料供給裝置包含燃料貯室，燃料貯室內(nèi)滑動安裝有用于固體燃料推動的活塞，燃料貯室連通有集氣倉。

8.進(jìn)一步地，所述燃料貯室分為貯室直段、貯室收縮段和細(xì)直段三個部分。

9.進(jìn)一步地，所述集氣倉兩端安裝有擋板，分別為前擋板和后擋板，前擋板偏心位置設(shè)置有進(jìn)氣孔，貯室細(xì)直段遠(yuǎn)離貯室收縮段的一端設(shè)置有導(dǎo)流臺，導(dǎo)流臺與后擋板之間形成有狹縫。

10.進(jìn)一步地，所述進(jìn)氣孔設(shè)置有三個。

11.進(jìn)一步地，所述活塞上設(shè)置有活塞桿，活塞桿安裝在電機(jī)的輸出端。

12.進(jìn)一步地，所述貯室直段遠(yuǎn)離貯室收縮端的一端設(shè)置有圓臺，其遠(yuǎn)離貯室直段的一端安裝有擋板，活塞桿滑動安裝在擋板上。

13.進(jìn)一步地，所述擋板與活塞桿之間安裝有滑動軸承。

14.進(jìn)一步地，所述后擋板與前擋板通過螺栓相連接。

15.進(jìn)一步地，所述后擋板上安裝有摻混管。

16.進(jìn)一步地，所述柱塞泵的輸出位置設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥。

17.本發(fā)明的有益效果是：

18.本裝置設(shè)置了集氣倉，大分子碳?xì)淙剂狭呀鈿馔ㄟ^三個進(jìn)氣孔進(jìn)入周向集氣室，周向集氣室內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流圓臺，裂解氣通過導(dǎo)流圓臺和出氣擋板之間的狹縫沿徑向向心對固體燃料進(jìn)行剪切流動，剪切流動有效的實(shí)現(xiàn)了對固體燃料的攜帶和摻混，本裝置設(shè)置了裂解氣的進(jìn)氣狹縫，狹縫由導(dǎo)流臺和擋板組成，狹縫距離較小，即使少量的裂解氣通過狹縫依然具有較大的速度對固體燃料進(jìn)行剪切攜流，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)對固體燃料流量的控制；裂解氣流量的調(diào)控可通過裂解氣分流前管道閥門進(jìn)行控制；實(shí)現(xiàn)了混合燃料單相流量的分別調(diào)節(jié)，混合燃料的固氣比可調(diào)范圍廣，與發(fā)動機(jī)款工況運(yùn)行條件相匹配。

附圖說明

19.圖1是本發(fā)明所述液體碳?xì)淙剂狭呀鈿鈹y流固體燃料的混合燃料供給裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

20.圖2是本發(fā)明所述燃料供給裝置的示意圖；

21.圖3是本發(fā)明所述燃料供給裝置的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

22.圖中：儲油罐1；柱塞泵2；流量調(diào)節(jié)閥3；再生冷卻通道4；燃料供給裝置5；活塞桿51；密封圈52；擋板53；活塞54；燃料貯室55；集氣倉56；擋板53；進(jìn)氣孔57；擋板53；導(dǎo)流臺58；摻混管59；電機(jī)6。

具體實(shí)施方式：

23.實(shí)施例1

24.針對飛行馬赫數(shù)8～10的飛行任務(wù)，提出了一種使用液體燃料裂解氣攜帶固體粉末顆粒作為燃料的高馬赫數(shù)超燃沖壓發(fā)動機(jī)，稱為固液混合超燃沖壓發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)的燃料供給裝置需要實(shí)現(xiàn)液體碳?xì)淙剂蠈⒐腆w粉末顆粒流化、相互摻混并帶入燃料室燃燒。本發(fā)明給出了該發(fā)動機(jī)一種燃料供給裝置，固體燃料儲存在燃料貯室55中，液體碳?xì)淙剂蟽Υ嬖趦τ凸?中，發(fā)動機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，液體碳?xì)淙剂鲜紫攘鹘?jīng)發(fā)動機(jī)燃燒室壁面的再生冷卻通道，在再生冷卻通道高溫高壓的環(huán)境下，液體碳?xì)淙剂狭呀夥Q為小分子的燃油裂解氣，冷卻通道出口的裂解氣從集氣倉56進(jìn)氣孔進(jìn)入，從集氣倉56的狹縫流出，對由活塞54進(jìn)行推動的固體燃料進(jìn)行剪切攜流，在摻混管59進(jìn)行摻混，隨后進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)進(jìn)行燃燒。

25.本發(fā)明涉及液體碳?xì)淙剂狭呀鈿鈹y流固體燃料的混合燃料供給裝置，包括用于大分子液體碳?xì)淙剂贤苿拥闹?，柱塞泵3將儲油罐1內(nèi)大分子液體碳?xì)淙剂贤苿舆M(jìn)入至超燃沖壓發(fā)動機(jī)的再生冷卻通道4后，大分子液體碳?xì)淙剂衔鼰崃呀鉃樾》肿拥牧呀鈿?，再生冷卻通道4出口的裂解氣進(jìn)入燃料供給裝置5，燃料供給裝置5實(shí)現(xiàn)對固體燃料進(jìn)行攜流摻混的功能。

26.所述燃料供給裝置5包含燃料貯室55，固體燃料位于燃料貯室55內(nèi)，燃料貯室55內(nèi)滑動安裝有用于固體燃料推動的活塞54，燃料貯室55連通有集氣倉56，固體燃料經(jīng)由活塞54推動進(jìn)入至集氣倉56，燃料貯室55與集氣倉56同軸布置，集氣倉56內(nèi)設(shè)置有狹縫，液體碳?xì)淙剂狭呀鈿庥砂l(fā)動機(jī)再生冷卻通道4產(chǎn)生后進(jìn)入集氣倉56，并自集氣倉56出口的周向狹縫流出，實(shí)現(xiàn)對固體燃料進(jìn)行剪切、攜流和摻混的功能。

27.大分子液體碳?xì)淙剂希汉娇瞻l(fā)動機(jī)廣泛使用航空煤油rp-3作為燃料，其單位分子平均含碳量約為10，研究人員一般使用正癸烷作為替代物?；瘜W(xué)動力學(xué)研究中，將含碳量較小的分子叫做小分子碳?xì)淙剂希鏲1-c4，此時為燃料氣態(tài)，將含碳量較高的叫做大分子碳?xì)淙剂?，如c10，c11?！按蠓肿犹?xì)淙剂稀币褟V泛出現(xiàn)在多個文獻(xiàn)中，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)的左婧瀅在《超燃沖壓發(fā)動機(jī)碳?xì)淙剂蠚饽さ睦鋮s和減阻特性研究》中提到使用高溫氣態(tài)大分子碳?xì)淙剂辖M織超聲速氣膜，香港理工大學(xué)的池奕承在《大分子支鏈烷烴cnh2n+2+(h,oh,ho2)奪氫反應(yīng)高精度理論熱化學(xué)研究》提到發(fā)展大分子碳?xì)淙剂细呔然瘜W(xué)反應(yīng)機(jī)理對發(fā)展航空煤油化學(xué)反應(yīng)機(jī)理至關(guān)重要。

28.吸熱裂解條件及完成工作段：在超燃沖壓發(fā)動機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，燃燒室核心溫度可達(dá)2500k，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)動機(jī)材料的熔點(diǎn)，因此，實(shí)際運(yùn)行過程中需要對發(fā)動機(jī)燃燒室壁面進(jìn)行冷卻，防止發(fā)動機(jī)燒毀，再生冷卻是一種廣泛使用的冷卻方式。通過在發(fā)動機(jī)燃燒室壁面鑄造再生冷卻通道4，使液體燃料在進(jìn)入燃燒室燃燒之前，先通過再生冷卻通道4，利用燃料的物理熱沉和化學(xué)熱沉對壁面進(jìn)行冷卻。由于燃燒室內(nèi)部為高壓，再生冷卻通道4出口與燃燒室相通，因此再生冷卻通道內(nèi)部也為高壓環(huán)境，同時冷卻通道壁面為發(fā)動機(jī)燃燒室壁面，通道內(nèi)溫度非常高，在高溫高壓環(huán)境下，大分子液體碳?xì)淙剂贤ㄟ^發(fā)動機(jī)再生冷卻通道時，會裂解為小分子的碳?xì)淙剂稀?br />
29.因此，裂解吸熱的條件是發(fā)動機(jī)再生冷卻通道4內(nèi)的高溫高壓環(huán)境，在燃燒室壁面的再生冷卻通道4內(nèi)完成，利用大分子液體碳?xì)淙剂系奈锢頍岢梁土呀夥磻?yīng)吸熱的化學(xué)熱沉實(shí)現(xiàn)了對發(fā)動機(jī)燃燒室壁面的冷卻。裂解反應(yīng)需要在高溫高壓條件下實(shí)現(xiàn)，而燃燒室壁面的再生冷卻通道具備這一條件。

30.實(shí)施例2

31.在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中，所述燃料貯室55分為貯室直段、貯室收縮段和細(xì)直段三個部分，貯室收縮段為圓錐狀，固體燃料受活塞54推動的作用，固體燃料自貯室直段依次通過貯室收縮段和細(xì)直段進(jìn)入至集氣倉56，由于在固體燃料推動過程中，燃料貯室55內(nèi)徑逐漸變小，從而實(shí)現(xiàn)控制固體燃料的流速，使固體燃料進(jìn)入集氣倉56的位置位于集氣倉56的中心位置。

32.實(shí)施例3

33.在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中，所述集氣倉56為環(huán)裝結(jié)構(gòu)，其兩端均安裝有擋板53，分別為前擋板和后擋板，擋板53為環(huán)形薄片狀，其中前擋板套裝在貯室收縮段的外壁上，其安裝方式選用鑄造方式，(也可采用壓接和焊接等已知技術(shù)手段)，后擋板與集氣倉56之間安裝有密封圈52，通過兩個擋板53實(shí)現(xiàn)對集氣倉56密封的功能，前擋板偏心位置設(shè)置有進(jìn)氣孔57，貯室細(xì)直段遠(yuǎn)離貯室收縮段的一端設(shè)置有導(dǎo)流臺58，導(dǎo)流臺58同軸布置在貯室收縮段的外壁上，導(dǎo)流臺58與后擋板之間形成有狹縫，導(dǎo)流臺58為環(huán)裝結(jié)構(gòu)，其遠(yuǎn)離貯室收縮段的邊線上倒有緩沖圓角，進(jìn)氣孔57進(jìn)入的液體碳?xì)淙剂狭呀鈿庾饔迷趯?dǎo)流臺58上，

經(jīng)由導(dǎo)流臺58導(dǎo)流引向，使液體碳?xì)淙剂狭呀鈿庀驅(qū)Я髋_58四周流動，從而控制液體碳?xì)淙剂狭呀鈿饬飨?，?shí)現(xiàn)對集氣倉56內(nèi)的固體燃料進(jìn)行剪切、攜流和摻混的功能。

34.實(shí)施例4

35.在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中，所述進(jìn)氣孔57設(shè)置有三個，三個進(jìn)氣孔57沿前擋板周向均勻布置，從而增加集氣倉56內(nèi)氣相分布均勻程度，保證狹縫處氣體徑向流動狀態(tài)穩(wěn)定，對固體燃料實(shí)現(xiàn)剪切攜流的功能。

36.實(shí)施例5

37.在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中，所述活塞54上設(shè)置有活塞桿51，活塞桿51安裝在電機(jī)6的輸出端，并通過電機(jī)6驅(qū)動，通過控制電機(jī)6的轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)對固體燃料流量的控制，活塞54的外壁上開設(shè)有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽與貯室直段內(nèi)壁之間安裝有密封圈，實(shí)現(xiàn)密封的功能，防止固體燃料自貯室直段內(nèi)壁與活塞54之間滲出。

38.實(shí)施例6

39.在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中，所述貯室直段遠(yuǎn)離貯室收縮端的一端設(shè)置有圓臺，圓臺為環(huán)形薄片狀，其遠(yuǎn)離貯室直段的一端安裝有擋板，擋板為圓形薄片狀，擋板與圓臺通過螺栓相連接，擋板的中心位置開設(shè)有孔并鑄有環(huán)形凸臺，活塞桿51安裝在環(huán)形凸臺內(nèi)，活塞桿51能夠在環(huán)形凸臺內(nèi)自由滑動。

40.實(shí)施例7

41.在實(shí)施例6的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中，所述環(huán)形凸臺與活塞桿51之間安裝有滑動軸承，所述滑動軸承內(nèi)測設(shè)置有滾珠，從而減小了活塞桿51與滑動軸承之間的摩擦力。

42.實(shí)施例8

43.在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中，所述后擋板與前擋板偏心位置設(shè)置有多個螺紋孔，后擋板前擋板通過螺栓相連接，從而實(shí)現(xiàn)后擋板的位置固定。

44.實(shí)施例9

45.在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中所述后擋板上安裝有摻混管59，利用摻混管59能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)入燃燒室的氣固兩相摻混均勻。

46.實(shí)施例10

47.在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中，所述柱塞泵2的輸出位置設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥3，利用流量調(diào)節(jié)閥3能夠控制大分子液體碳?xì)淙剂系牧髁浚瑢?shí)現(xiàn)大分子液體碳?xì)淙剂狭髁康恼{(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)氣固兩相摻混固氣比。

48.當(dāng)然，上述說明并非對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。技術(shù)特征：

1.裂解氣攜流固體燃料的混合燃料供給裝置，其特征在于：包括用于大分子液體碳?xì)淙剂贤苿拥闹谩⒂糜诖蠓肿右后w碳?xì)淙剂狭呀獾脑偕鋮s通道，和對固體燃料進(jìn)行攜流摻混的燃料供給裝置；所述燃料供給裝置包含燃料貯室，燃料貯室內(nèi)滑動安裝有用于固體燃料推動的活塞，燃料貯室連通有集氣倉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂解氣攜流固體燃料的混合燃料供給裝置，其特征在于：所述燃料貯室分為貯室直段、貯室收縮段和細(xì)直段三個部分。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裂解氣攜流固體燃料的混合燃料供給裝置，其特征在于：所述集氣倉兩端安裝有擋板，分別為前擋板和后擋板，前擋板偏心位置設(shè)置有進(jìn)氣孔，貯室細(xì)直段遠(yuǎn)離貯室收縮段的一端設(shè)置有導(dǎo)流臺，導(dǎo)流臺與后擋板之間形成有狹縫。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裂解氣攜流固體燃料的混合燃料供給裝置，其特征在于：所述進(jìn)氣孔設(shè)置有三個。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂解氣攜流固體燃料的混合燃料供給裝置，其特征在于：所述活塞上設(shè)置有活塞桿，活塞桿安裝在電機(jī)的輸出端。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裂解氣攜流固體燃料的混合燃料供給裝置，其特征在于：所述貯室直段遠(yuǎn)離貯室收縮端的一端設(shè)置有圓臺，其遠(yuǎn)離貯室直段的一端安裝有擋板，活塞桿滑動安裝在擋板上。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裂解氣攜流固體燃料的混合燃料供給裝置，其特征在于：所述擋板與活塞桿之間安裝有滑動軸承。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裂解氣攜流固體燃料的混合燃料供給裝置，其特征在于：所述后擋板與前擋板通過螺栓相連接。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裂解氣攜流固體燃料的混合燃料供給裝置，其特征在于：所述后擋板上安裝有摻混管。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裂解氣攜流固體燃料的混合燃料供給裝置，其特征在于：所述柱塞泵的輸出位置設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及液體碳?xì)淙剂狭呀鈿鈹y流固體燃料的混合燃料供給裝置，燃料供給裝置包含燃料貯室，燃料貯室內(nèi)滑動安裝有用于固體燃料推動的活塞，燃料貯室連通有集氣倉，本裝置設(shè)置了集氣倉，大分子碳?xì)淙剂狭呀鈿馔ㄟ^三個進(jìn)氣孔進(jìn)入周向集氣室，周向集氣室內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流圓臺，裂解氣通過導(dǎo)流圓臺和出氣擋板之間的狹縫沿徑向向心對固體燃料進(jìn)行剪切流動，剪切流動有效的實(shí)現(xiàn)了對固體燃料的攜帶和摻混，本裝置設(shè)置了裂解氣的進(jìn)氣狹縫，狹縫由導(dǎo)流臺和擋板組成，狹縫距離較小，即使少量的裂解氣通過狹縫依然具有較大的速度對固體燃料進(jìn)行剪切攜流。大的速度對固體燃料進(jìn)行剪切攜流。大的速度對固體燃料進(jìn)行剪切攜流。

技術(shù)研發(fā)人員：章思龍 左婧瀅 郭玉杰 韋健飛 李欣 鮑文 秦江

受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2023.02.10

技術(shù)公布日：2023/5/5