1.本发明涉及冲压发动机技术领域，具体涉及液体碳氢燃料裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置。
背景技术：
2.固液混合高马赫冲压发动机是一种新概念发动机，它同时采用固体粉末和液体燃料作为推进剂。其工作过程原理为：液体燃料通过再生冷却通道对超声速燃烧室进行冷却，产生高温、高密度的燃油裂解气或蒸汽，裂解气以气力输运的方式实现对固体粉末燃料的流化、掺混、喷射并进入燃烧室进行燃烧，利用喷气推进原理产生推力。
3.这种新概念的固液混合高马赫冲压发动机采用高能金属或硼粉作为固体推进剂，兼具液体燃料冲压发动机推力可调、流量调节灵活、比冲高及固体火箭冲压发动机安全可靠、结构简单等优点。对于使用粉末燃料的冲压发动机，固体粉末本身没有流动属性，因此流量可调控性差、燃烧室的热防护依赖于耐高温材料的被动热防护、同时固体粉末在燃烧室内不容易点火燃烧，使用金属粉末颗粒作为燃料的好处是金属粉末化学性质稳定，安全性好、存储方便，作战反应时间短，同时燃烧产物为高沸点的金属氧化物，不易离解。使用液体燃料通过再生冷却通道产生的裂解气携流固体粉末颗粒，使得固体粉末颗粒获得了流动属性，流量可调控性大大增强。裂解气的点火燃烧能够作为固体颗粒的点火源，改善燃烧室的点火燃烧特性。燃料在裂解过程中的吸热特性，能够为燃烧室的热防护做出贡献。
4.发动机在长时间运行过程中，需要持续消耗混合燃料，混合燃料气固两相区掺混均匀后在燃烧室内与来流空气发生进一步掺混后点火燃烧。
技术实现要素：
5.本发明的目的是提供一种固液混合超燃冲压发动机混合燃料供给装置。微米级高能固体燃料由活塞推动，在大分子碳氢燃料裂解气的剪切携流作用下，获得流动属性，与发动机多工况运行条件相适应，实现固液混合超燃冲压发动机混合燃料供给气固两相掺混均匀的功能。
6.本发明采用的技术方案在于：包括用于大分子液体碳氢燃料推动的柱塞泵、用于大分子液体碳氢燃料裂解的再生冷却通道，和对固体燃料进行携流掺混的燃料供给装置；
7.所述燃料供给装置包含燃料贮室，燃料贮室内滑动安装有用于固体燃料推动的活塞，燃料贮室连通有集气仓。
8.进一步地，所述燃料贮室分为贮室直段、贮室收缩段和细直段三个部分。
9.进一步地，所述集气仓两端安装有挡板，分别为前挡板和后挡板，前挡板偏心位置设置有进气孔，贮室细直段远离贮室收缩段的一端设置有导流台，导流台与后挡板之间形成有狭缝。
10.进一步地，所述进气孔设置有三个。
11.进一步地，所述活塞上设置有活塞杆，活塞杆安装在电机的输出端。
12.进一步地，所述贮室直段远离贮室收缩端的一端设置有圆台，其远离贮室直段的一端安装有挡板，活塞杆滑动安装在挡板上。
13.进一步地，所述挡板与活塞杆之间安装有滑动轴承。
14.进一步地，所述后挡板与前挡板通过螺栓相连接。
15.进一步地，所述后挡板上安装有掺混管。
16.进一步地，所述柱塞泵的输出位置设置有流量调节阀。
17.本发明的有益效果是：
18.本装置设置了集气仓，大分子碳氢燃料裂解气通过三个进气孔进入周向集气室，周向集气室内设有导流圆台，裂解气通过导流圆台和出气挡板之间的狭缝沿径向向心对固体燃料进行剪切流动，剪切流动有效的实现了对固体燃料的携带和掺混，本装置设置了裂解气的进气狭缝，狭缝由导流台和挡板组成，狭缝距离较小，即使少量的裂解气通过狭缝依然具有较大的速度对固体燃料进行剪切携流，通过控制电机的转速可实现对固体燃料流量的控制；裂解气流量的调控可通过裂解气分流前管道阀门进行控制；实现了混合燃料单相流量的分别调节，混合燃料的固气比可调范围广，与发动机款工况运行条件相匹配。
附图说明
19.图1是本发明所述液体碳氢燃料裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置的结构示意图；
20.图2是本发明所述燃料供给装置的示意图；
21.图3是本发明所述燃料供给装置的截面结构示意图；
22.图中：储油罐1；柱塞泵2；流量调节阀3；再生冷却通道4；燃料供给装置5；活塞杆51；密封圈52；挡板53；活塞54；燃料贮室55；集气仓56；挡板53；进气孔57；挡板53；导流台58；掺混管59；电机6。
具体实施方式：
23.实施例1
24.针对飞行马赫数8～10的飞行任务，提出了一种使用液体燃料裂解气携带固体粉末颗粒作为燃料的高马赫数超燃冲压发动机，称为固液混合超燃冲压发动机。该发动机的燃料供给装置需要实现液体碳氢燃料将固体粉末颗粒流化、相互掺混并带入燃料室燃烧。本发明给出了该发动机一种燃料供给装置，固体燃料储存在燃料贮室55中，液体碳氢燃料储存在储油罐1中，发动机实际运行中，液体碳氢燃料首先流经发动机燃烧室壁面的再生冷却通道，在再生冷却通道高温高压的环境下，液体碳氢燃料裂解称为小分子的燃油裂解气，冷却通道出口的裂解气从集气仓56进气孔进入，从集气仓56的狭缝流出，对由活塞54进行推动的固体燃料进行剪切携流，在掺混管59进行掺混，随后进入发动机燃烧室内进行燃烧。
25.本发明涉及液体碳氢燃料裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置，包括用于大分子液体碳氢燃料推动的柱塞泵2，柱塞泵3将储油罐1内大分子液体碳氢燃料推动进入至超燃冲压发动机的再生冷却通道4后，大分子液体碳氢燃料吸热裂解为小分子的裂解气，再生冷却通道4出口的裂解气进入燃料供给装置5，燃料供给装置5实现对固体燃料进行携流掺混的功能。
26.所述燃料供给装置5包含燃料贮室55，固体燃料位于燃料贮室55内，燃料贮室55内滑动安装有用于固体燃料推动的活塞54，燃料贮室55连通有集气仓56，固体燃料经由活塞54推动进入至集气仓56，燃料贮室55与集气仓56同轴布置，集气仓56内设置有狭缝，液体碳氢燃料裂解气由发动机再生冷却通道4产生后进入集气仓56，并自集气仓56出口的周向狭缝流出，实现对固体燃料进行剪切、携流和掺混的功能。
27.大分子液体碳氢燃料：航空发动机广泛使用航空煤油rp-3作为燃料，其单位分子平均含碳量约为10，研究人员一般使用正癸烷作为替代物。化学动力学研究中，将含碳量较小的分子叫做小分子碳氢燃料，如c1-c4，此时为燃料气态，将含碳量较高的叫做大分子碳氢燃料，如c10，c11。“大分子碳氢燃料”已广泛出现在多个文献中，如哈尔滨工业大学的左婧滢在《超燃冲压发动机碳氢燃料气膜的冷却和减阻特性研究》中提到使用高温气态大分子碳氢燃料组织超声速气膜，香港理工大学的池奕承在《大分子支链烷烃cnh2n+2+(h,oh,ho2)夺氢反应高精度理论热化学研究》提到发展大分子碳氢燃料高精度化学反应机理对发展航空煤油化学反应机理至关重要。
28.吸热裂解条件及完成工作段：在超燃冲压发动机实际运行中，燃烧室核心温度可达2500k，已远远超过发动机材料的熔点，因此，实际运行过程中需要对发动机燃烧室壁面进行冷却，防止发动机烧毁，再生冷却是一种广泛使用的冷却方式。通过在发动机燃烧室壁面铸造再生冷却通道4，使液体燃料在进入燃烧室燃烧之前，先通过再生冷却通道4，利用燃料的物理热沉和化学热沉对壁面进行冷却。由于燃烧室内部为高压，再生冷却通道4出口与燃烧室相通，因此再生冷却通道内部也为高压环境，同时冷却通道壁面为发动机燃烧室壁面，通道内温度非常高，在高温高压环境下，大分子液体碳氢燃料通过发动机再生冷却通道时，会裂解为小分子的碳氢燃料。
29.因此，裂解吸热的条件是发动机再生冷却通道4内的高温高压环境，在燃烧室壁面的再生冷却通道4内完成，利用大分子液体碳氢燃料的物理热沉和裂解反应吸热的化学热沉实现了对发动机燃烧室壁面的冷却。裂解反应需要在高温高压条件下实现，而燃烧室壁面的再生冷却通道具备这一条件。
30.实施例2
31.在实施例1的基础上，本实施例中，所述燃料贮室55分为贮室直段、贮室收缩段和细直段三个部分，贮室收缩段为圆锥状，固体燃料受活塞54推动的作用，固体燃料自贮室直段依次通过贮室收缩段和细直段进入至集气仓56，由于在固体燃料推动过程中，燃料贮室55内径逐渐变小，从而实现控制固体燃料的流速，使固体燃料进入集气仓56的位置位于集气仓56的中心位置。
32.实施例3
33.在实施例2的基础上，本实施例中，所述集气仓56为环装结构，其两端均安装有挡板53，分别为前挡板和后挡板，挡板53为环形薄片状，其中前挡板套装在贮室收缩段的外壁上，其安装方式选用铸造方式，(也可采用压接和焊接等已知技术手段)，后挡板与集气仓56之间安装有密封圈52，通过两个挡板53实现对集气仓56密封的功能，前挡板偏心位置设置有进气孔57，贮室细直段远离贮室收缩段的一端设置有导流台58，导流台58同轴布置在贮室收缩段的外壁上，导流台58与后挡板之间形成有狭缝，导流台58为环装结构，其远离贮室收缩段的边线上倒有缓冲圆角，进气孔57进入的液体碳氢燃料裂解气作用在导流台58上，
经由导流台58导流引向，使液体碳氢燃料裂解气向导流台58四周流动，从而控制液体碳氢燃料裂解气流向，实现对集气仓56内的固体燃料进行剪切、携流和掺混的功能。
34.实施例4
35.在实施例2的基础上，本实施例中，所述进气孔57设置有三个，三个进气孔57沿前挡板周向均匀布置，从而增加集气仓56内气相分布均匀程度，保证狭缝处气体径向流动状态稳定，对固体燃料实现剪切携流的功能。
36.实施例5
37.在实施例1的基础上，本实施例中，所述活塞54上设置有活塞杆51，活塞杆51安装在电机6的输出端，并通过电机6驱动，通过控制电机6的转速可实现对固体燃料流量的控制，活塞54的外壁上开设有环形凹槽，环形凹槽与贮室直段内壁之间安装有密封圈，实现密封的功能，防止固体燃料自贮室直段内壁与活塞54之间渗出。
38.实施例6
39.在实施例2的基础上，本实施例中，所述贮室直段远离贮室收缩端的一端设置有圆台，圆台为环形薄片状，其远离贮室直段的一端安装有挡板，挡板为圆形薄片状，挡板与圆台通过螺栓相连接，挡板的中心位置开设有孔并铸有环形凸台，活塞杆51安装在环形凸台内，活塞杆51能够在环形凸台内自由滑动。
40.实施例7
41.在实施例6的基础上，本实施例中，所述环形凸台与活塞杆51之间安装有滑动轴承，所述滑动轴承内测设置有滚珠，从而减小了活塞杆51与滑动轴承之间的摩擦力。
42.实施例8
43.在实施例3的基础上，本实施例中，所述后挡板与前挡板偏心位置设置有多个螺纹孔，后挡板前挡板通过螺栓相连接，从而实现后挡板的位置固定。
44.实施例9
45.在实施例3的基础上，本实施例中所述后挡板上安装有掺混管59，利用掺混管59能够实现进入燃烧室的气固两相掺混均匀。
46.实施例10
47.在实施例1的基础上，本实施例中，所述柱塞泵2的输出位置设置有流量调节阀3，利用流量调节阀3能够控制大分子液体碳氢燃料的流量，实现大分子液体碳氢燃料流量的调节，从而实现气固两相掺混固气比。
48.当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。技术特征：
1.裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置，其特征在于：包括用于大分子液体碳氢燃料推动的柱塞泵、用于大分子液体碳氢燃料裂解的再生冷却通道，和对固体燃料进行携流掺混的燃料供给装置；所述燃料供给装置包含燃料贮室，燃料贮室内滑动安装有用于固体燃料推动的活塞，燃料贮室连通有集气仓。2.根据权利要求1所述的裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置，其特征在于：所述燃料贮室分为贮室直段、贮室收缩段和细直段三个部分。3.根据权利要求2所述的裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置，其特征在于：所述集气仓两端安装有挡板，分别为前挡板和后挡板，前挡板偏心位置设置有进气孔，贮室细直段远离贮室收缩段的一端设置有导流台，导流台与后挡板之间形成有狭缝。4.根据权利要求2所述的裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置，其特征在于：所述进气孔设置有三个。5.根据权利要求1所述的裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置，其特征在于：所述活塞上设置有活塞杆，活塞杆安装在电机的输出端。6.根据权利要求2所述的裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置，其特征在于：所述贮室直段远离贮室收缩端的一端设置有圆台，其远离贮室直段的一端安装有挡板，活塞杆滑动安装在挡板上。7.根据权利要求6所述的裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置，其特征在于：所述挡板与活塞杆之间安装有滑动轴承。8.根据权利要求3所述的裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置，其特征在于：所述后挡板与前挡板通过螺栓相连接。9.根据权利要求3所述的裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置，其特征在于：所述后挡板上安装有掺混管。10.根据权利要求2所述的裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置，其特征在于：所述柱塞泵的输出位置设置有流量调节阀。
技术总结
本发明涉及冲压发动机技术领域，具体涉及液体碳氢燃料裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置，燃料供给装置包含燃料贮室，燃料贮室内滑动安装有用于固体燃料推动的活塞，燃料贮室连通有集气仓，本装置设置了集气仓，大分子碳氢燃料裂解气通过三个进气孔进入周向集气室，周向集气室内设有导流圆台，裂解气通过导流圆台和出气挡板之间的狭缝沿径向向心对固体燃料进行剪切流动，剪切流动有效的实现了对固体燃料的携带和掺混，本装置设置了裂解气的进气狭缝，狭缝由导流台和挡板组成，狭缝距离较小，即使少量的裂解气通过狭缝依然具有较大的速度对固体燃料进行剪切携流。大的速度对固体燃料进行剪切携流。大的速度对固体燃料进行剪切携流。
技术研发人员：章思龙 左婧滢 郭玉杰 韦健飞 李欣 鲍文 秦江
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.02.10
技术公布日：2023/5/5
声明：
“液体碳氢燃料裂解气携流固体燃料的混合燃料供给装置” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：哈尔滨工业大学
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