一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机

1.本发明涉及固体火箭冲压发动机，特别地，涉及一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机。


背景技术：

2.冲压喷气发动机，简称冲压发动机，是一种构造相对简单、可以产生很大推力、适用于高空高速飞行的空气喷气发动机，通常由进气道、燃烧室、尾喷管三部分构成，迎面气流进入发动机后减速增压，将动能转化为压力能，当气流的压力和温度升高后进入燃烧室中与喷油装置喷出的燃油混合燃烧，温度提高到2000℃以上，高温燃气随后进入尾喷管中膨胀加速，随后加速喷出产生推力。
3.冲压发动机不能在静止的条件下启动，所以不能作为普通飞机的动力装置，而常与别的发动机配合使用，成为组合式动力装置。如冲压发动机与火箭发动机组合。安装组合式动力装置的飞行器，在起飞时开动火箭发动机，待飞行速度足够使冲压发动机正常工作时，再使用冲压发动机而关闭与之配合工作的发动机；在着陆阶段，当飞行器的飞行速度降低至冲压发动机不能正常工作时，又重新启动与之配合的发动机。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机。
5.技术方案
6.本发明的目的在于提供一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机。
7.本发明技术方案如下：
8.一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：所述多级燃烧固体火箭冲压发动机包括外壳体、中心体、药柱、固体火箭外壳体、旋转爆震燃烧室、回流燃烧室、喷油环、阶梯型凸台、旋流叶片、主喷油孔、副喷油孔、整流腔、尾喷管、环形爆震燃烧室通道、拉法尔喷管、进气道、主环形空气通路、副环形空气通路、燃气喷注孔、点火装置。
9.所述的一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：外壳体呈空心圆柱状沿轴向布置，所述中心体与外壳体同轴布置，中心体外壁面与外壳体内壁面构成环形进气道，环形进气道后方为先收缩后扩张的主环形空气通路，在中心体的内部布置有先收缩后扩张的副环形空气通路，固体火箭装置设置在中心体中段，固体火箭外壳体呈空筒结构，贫氧型药柱呈空心圆柱状安装在固体火箭外壳体内部，贫氧型药柱燃烧为富氧燃气先进入固体火箭外壳体后部的拉法尔喷管再进入整流腔，一部分通过环形布置在整流腔上的燃气喷注孔进入旋转爆震室，其余则经过旋流叶片旋转进入后方的回流燃烧室，回流燃烧室头部布置有空心结构的环形喷油环，主喷油孔沿周向均匀布置在喷油环外壁面，喷出的燃油与来自主空气通路的空气与燃气在旋转爆震燃烧室混合燃烧，旋流叶片沿周向均匀的布置在喷油环内部，由副喷油孔喷出的燃油与来自整流腔的燃气混合物在安装有阶梯型凸
台的回流燃烧室中混合燃烧后喷出；
10.所述的一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：所述主环形空气通路呈先收缩后扩张的结构，并与爆震燃烧通道同轴布置并连续相通，副环形空气通路先收缩后扩张并与整流腔同轴布置并相通；
11.所述的一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：整流腔上的燃气喷注孔，大小相同并按周向均匀布置在整流腔外壁面，设置10～12个，直径可根据整流腔的具体尺寸进行设定；
12.所述的一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：喷油环固定在回流燃烧室头部，喷油环外壁面与旋转爆震燃烧室相通，在外壁面沿周向开设10～12个主喷油孔，向旋转爆震燃烧室供油；
13.所述的一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：旋流叶片沿周向均匀在喷油环内壁面，设置10～15个，副喷油孔布置在旋流叶片底部，喷孔数量根据实际情况决定，燃油从喷油环流入旋流叶片后从副喷油孔喷出，在来自整流腔的混合燃气剪切作用下实现雾化；
14.所述的一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：回流燃烧室内壁面布置连续阶梯状凸台，阶梯状凸台增加了混合燃气和燃油的接触面积，突扩结构还会增加涡数量，在燃烧室中会产生更明显的回流区，进而提高燃烧效率。
15.本发明具有以下有益效果：
16.(1)本发明将常规的固体火箭发动机与旋转爆震燃烧室及回流燃烧室组合成一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，贫氧型药柱燃烧产生的富氧燃气一部分通过燃气喷注孔进入旋转爆震燃烧室中与燃油混合燃烧，另一部分则进入回流燃烧室中与副喷油孔喷出的燃油混合燃烧，从而提高了燃烧效率。
17.(2)采用先收缩后扩张的主、副环形空气通路，使来自进气道的空气实现了减速增压，从而进入旋转爆震燃烧室和回流燃烧室中燃烧产生动力，旋转爆震燃烧室具有更高的热循环效率、提升了飞行航程、拓宽了固体火箭冲压发动机工作马赫数范围。
18.(3)通过在旋流叶片底部开设副喷油孔，高温燃气在流经旋流叶片时与来自整流腔的混合燃气碰撞剪切，提高了燃油蒸发雾化效果，进一步提高了燃油效率，旋流叶片的设计会在回流燃烧室头部产生高速旋转射流，形成热回流区，以保证火焰的稳定。
19.(4)在回流燃烧室中安装阶梯型凸台，阶梯状凸台增加了混合燃气和燃油的接触面积，突扩结构还会增加涡数量，在燃烧室中会产生更明显的回流区，进而提高燃烧稳定性和燃烧效率。
附图说明
20.图1：一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机结构内部剖视图
21.图2：一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机主剖视图
22.图3：一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机回流燃烧室结构内部剖视图
23.图4：一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机旋流叶片结构内部剖视图
24.主要元件符号说明：
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具体实施方式
[0027]
现结合附图对本发明作进一步描述：
[0028]
结合图1，本发明提供了一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机
[0029]
具体过程：所述多级燃烧固体火箭冲压发动机包括外壳体1、中心体2、药柱3、固体火箭外壳体16、旋转爆震燃烧室17、回流燃烧室13、喷油环4、阶梯型凸台6、旋流叶片5、主喷油孔20、副喷油孔21、整流腔11、尾喷管14、环形爆震燃烧室通道19、拉法尔喷管10、进气道7、主环形空气通路8、副环形空气通路9、燃气喷注孔12、点火装置18、导油管15。
[0030]
贫氧型药柱在固体火箭外壳体中燃烧成富氧燃气，随后经拉法尔喷管加速进入整流腔，空气经过进气道后分为两股，一股进入先收缩后扩张的副环形空气通路中减速增压，进一步降低来流速度，随后进入整流腔与药柱燃烧后的富氧燃气充分混合，提高掺混效率；另一股经先收缩后扩张的主环形空气通路减速增压，后进入环形爆震燃烧室通道。
[0031]
整流腔外壁面沿周向均匀布置若干数量的燃气喷注孔，整流后的燃气流经燃气喷注孔后喷入旋转爆震燃烧室，与来自主环形空气通路减速增压后的空气和来自喷油环喷出的燃油充分混合，燃油经空气的剪切作用得到了充分的雾化，随后由安装在旋转爆震燃烧室头部的点火装置点燃，燃烧后的产物经尾喷管加速后高速喷出产生推力。
[0032]
回流燃烧室头部安装喷油环，喷油环外壁面与旋转爆震燃烧室相通，并在外壁面开设若干数量大小相同的主喷油孔，在喷油环的内壁面安装有若干数量的旋流叶片，旋流叶片的下表面开设若干数量大小相同的副喷油孔，燃油经导油管流入喷油环内部，一部分经过外壁面的主喷油孔喷入环形爆震燃烧室通道，另一部分从副喷油孔喷出，与来自整流腔的混合燃气剪切碰撞，实现了燃油的雾化，提高了油气均匀混合程度，点火装置安装在回流燃烧室的头部位置，旋流叶片的布置在回流燃烧室头部产生高速旋转射流，形成热回流区，以保证火焰的稳定。
[0033]
回流燃烧室内部安装阶梯状凸台，阶梯状凸台增加了混合燃气和燃油的接触面积，突扩结构还会增加涡数量，在燃烧室中会产生更明显的回流区，进而提高燃烧稳定性和
燃烧效率。

技术特征：
1.一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：所述多级燃烧固体火箭冲压发动机包括外壳体、中心体、药柱、固体火箭外壳体、旋转爆震燃烧室、回流燃烧室、喷油环、阶梯型凸台、旋流叶片、主喷油孔、副喷油孔、整流腔、尾喷管、环形爆震燃烧室通道、拉法尔喷管、进气道、主环形空气通路、副环形空气通路、燃气喷注孔、点火装置、导油管。2.根据权利要求1所述的一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：外壳体呈空心圆柱状沿轴向布置，所述中心体与外壳体同轴布置，中心体外壁面与外壳体内壁面构成环形进气道，环形进气道后方为先收缩后扩张的主环形空气通路，在中心体的内部布置有先收缩后扩张的副环形空气通路，固体火箭装置设置在中心体中段，固体火箭外壳体呈空筒结构，贫氧型药柱呈空心圆柱状安装在固体火箭外壳体内部，贫氧型药柱燃烧为富氧燃气先进入固体火箭外壳体后部的拉法尔喷管再进入整流腔，一部分通过周向布置在整流腔上的燃气喷注孔进入旋转爆震室，其余则经过旋流叶片旋转进入后方的回流燃烧室，回流燃烧室头部布置有空心结构的环形喷油环，主喷油孔沿周向均匀布置在喷油环外壁面，喷出的燃油与来自主空气通路的空气与燃气在旋转爆震燃烧室混合燃烧，旋流叶片沿周向均匀的布置在喷油环内部，由副喷油孔喷出的燃油与来自整流腔的燃气混合物在安装有阶梯型凸台的回流燃烧室中混合燃烧后喷出。3.根据权利要求1所述的一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：所述主环形空气通路呈先收缩后扩张的结构，并与爆震燃烧通道同轴布置并连续相通，副环形空气通路先收缩后扩张并与整流腔同轴布置并相通。4.根据权利要求1所述的一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：整流腔上的燃气喷注孔，大小相同并按周向均匀布置在整流腔外壁面，设置10～12个，直径可根据整流腔的具体尺寸进行设定。5.根据权利要求1所述的一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：喷油环固定在回流燃烧室头部，喷油环外壁面与旋转爆震燃烧室相通，在外壁面沿周向开设10～12个主喷油孔，向旋转爆震燃烧室供油。6.根据权利要求1所述的一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：旋流叶片沿周向均匀在喷油环内壁面，设置10～15个，副喷油孔布置在旋流叶片底部，喷孔数量根据实际情况决定，燃油从喷油环流入旋流叶片后从副喷油孔喷出，在来自整流腔的混合燃气剪切作用下实现雾化。7.根据权利要求1所述的一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，其特征在于：回流燃烧室内壁面布置连续阶梯状凸台，阶梯状凸台增加了混合燃气和燃油的接触面积，突扩结构还会增加涡数量，在燃烧室中会产生更明显的回流区，进而提高燃烧效率。

技术总结
发明名称一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机摘要本发明提供了一种新型的多级燃烧固体火箭冲压发动机，主要包括药柱、旋转爆震燃烧室、回流燃烧室、阶梯型凸台、旋流叶片、主副环形空气通路等结构；空气进入进气道后分为两股，一股进入先收缩后扩张的主环形空气通路完成减速增压，后在旋转爆震燃烧室中与来自整流腔的燃气和来自喷油环的燃油混合燃烧，另一股空气进入副环形空气通路与来自贫氧型药柱燃烧后的富氧燃气在整流腔中充分混合，后经过旋流叶片进入回流燃烧室中，与来自副喷油孔的燃油混合燃烧，旋流叶片的设计不仅起到稳定火焰的效果，还在下游形成更稳定、更大尺寸的低速回流区，阶梯型凸台结构还会增加涡数量，产生更明显的回流区。产生更明显的回流区。产生更明显的回流区。


技术研发人员：张群 赵欢 钟玉莲 王霄
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/6/26