本發(fā)明屬于發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，具體涉及到一種高速流動快速混合的裝置、混合方法及其發(fā)動機(jī)。

背景技術(shù)：

1、高超聲速飛行器是指飛行馬赫數(shù)大于5，在大氣層或者跨大氣層飛行的高速飛行器，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。沖壓發(fā)動機(jī)及其組合動力發(fā)動機(jī)是高超聲速飛行器發(fā)展的技術(shù)核心。對于該類發(fā)動機(jī)而言，經(jīng)過進(jìn)氣道壓縮的來流空氣速度為超聲速，在混合燃燒室與高速燃料射流混合后通過燃燒實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)工作。這其中，由于整個(gè)發(fā)動機(jī)尺寸的限制，混合燃燒室的長度有限，能夠提供給高速空氣燃?xì)饣旌系目臻g十分緊張。再加上超聲速條件下來流空氣具有強(qiáng)烈的壓縮性，壓縮性顯著抑制了流動的混合，這給燃?xì)馀c空氣的快速高效混合提出了極大的挑戰(zhàn)。

2、為了提高混合效率，國內(nèi)外學(xué)者在過去幾十年付出了巨大的努力，提出了一系列強(qiáng)化混合措施。從混合增強(qiáng)的原理出發(fā)，可以分為被動和主動強(qiáng)化混合兩種類型。被動混合增強(qiáng)的流動控制方法通過在流場中安裝一些固定的裝置來實(shí)現(xiàn)混合增強(qiáng)。

3、現(xiàn)有技術(shù)提出了一種利用正弦形和矩形波瓣混合器裝置來實(shí)現(xiàn)超聲速混合層強(qiáng)化混合的方案，發(fā)現(xiàn)正弦形具有優(yōu)越的混合效果，波長比對混合效果影響很大。通過量綱分析發(fā)現(xiàn)，無量綱波長比大于1時(shí)會出現(xiàn)正的混合效果，而當(dāng)無量綱波長比為1.905時(shí)，混合層厚度生長速率提高了近12%。但是，由于該類結(jié)構(gòu)為固定幾何結(jié)構(gòu)，且來流條件不變，其強(qiáng)化混合效果缺乏對于寬范圍工況的適應(yīng)性。

4、現(xiàn)有技術(shù)還研究了通過流場中安裝有斜坡裝置來誘導(dǎo)激波結(jié)構(gòu)，通過激波混合層相互作用來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化混合，取得了一定的效果，但是由于斜坡裝置的固定幾何結(jié)構(gòu)特征，只能實(shí)現(xiàn)激波與混合層在單點(diǎn)位置處的作用，對于流動遠(yuǎn)場的控制效果非常有限。

5、主動強(qiáng)化混合方案需要在流場中引入外部能量（以熱量、質(zhì)量和/或動量的形式）來實(shí)現(xiàn)對流動的控制。根據(jù)流動需要實(shí)現(xiàn)的控制目的，外部激勵器可以輸入特定頻率和振幅的激勵。主動控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于激勵的位置和參數(shù)等易于控制。現(xiàn)有技術(shù)還提出了一種應(yīng)用與超聲速射流混合的等離子體激勵器裝置，可以在非常寬的頻帶內(nèi)獨(dú)立控制它們的頻率、相位和占空比來驅(qū)動這些執(zhí)行器，非常適合開環(huán)和閉環(huán)主動流量控制來實(shí)現(xiàn)高速射流的強(qiáng)化。然而，由于是一種純主動的控制方式，其對于高馬赫數(shù)（大于3）的超聲速流動的控制效果非常有限。

6、可以發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)提出的被動強(qiáng)化混合技術(shù)存在寬范圍適應(yīng)性差、主動強(qiáng)化混合技術(shù)存在的高馬赫數(shù)應(yīng)用難的不足，迫切需要提出新型的混合強(qiáng)化方案來支撐航空航天動力系統(tǒng)高效推進(jìn)的實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、流動阻力和總壓損失小，混合效果突出的高速流動快速混合的裝置、混合方法及其發(fā)動機(jī)。

2、本發(fā)明提供一種高速流動快速混合的裝置，包括依次間隔布置的壁板ⅰ、分隔板和壁板ⅱ；

3、所述壁板ⅰ和分隔板之間形成用于流動氣流ⅰ的氣流通道ⅰ；

4、所述壁板ⅱ和分隔板之間形成用于流動氣流ⅱ的氣流通道ⅱ；

5、所述壁板ⅰ和壁板ⅱ之間且位于所述分隔板的下游端下游位置形成用于混合所述氣流ⅰ和氣流ⅱ的氣流混合腔；

6、所述壁板ⅰ和/或壁板ⅱ上設(shè)置有激波發(fā)生器，所述激波發(fā)生器用于產(chǎn)生射向所述氣流混合腔的斜激波。

7、更進(jìn)一步地，所述激波發(fā)生器包括斜坡，所述斜坡的偏轉(zhuǎn)角度可調(diào)節(jié)。

8、更進(jìn)一步地，所述斜坡的偏轉(zhuǎn)角度可以周期往復(fù)變化。

9、更進(jìn)一步地，所述激波發(fā)生器包括斜坡，所述斜坡的偏轉(zhuǎn)角度為3°-20°。

10、更進(jìn)一步地，所述激波發(fā)生器包括斜坡，所述斜坡的長度為55mm-65mm。

11、更進(jìn)一步地，所述激波發(fā)生器包括斜坡，所述斜坡設(shè)置在距離所述分隔板下游端的75mm-85mm處。

12、更進(jìn)一步地，所述氣流ⅰ為超聲速富燃燃?xì)?；所述氣流ⅱ為超聲速來流空氣?/p>

13、本發(fā)明提供一種高速流動快速混合方法，使用上述高速流動快速混合的裝置，包括如下步驟：

14、氣流ⅰ從所述氣流通道ⅰ流向所述氣流混合腔；

15、氣流ⅱ從所述氣流通道ⅱ流向所述氣流混合腔；

16、氣流ⅰ和氣流ⅱ在分隔板的下端相遇形成混合層；

17、氣流ⅰ和/或氣流ⅱ在經(jīng)過激波發(fā)生器時(shí)產(chǎn)生斜激波，所述斜激波射入所述混合層的轉(zhuǎn)捩區(qū)域，造成流場中大尺度渦結(jié)構(gòu)的破碎，增強(qiáng)流場三維特征，同時(shí)改變流場當(dāng)?shù)氐臏u量分布，造成渦量厚度的顯著增長，提高氣流ⅰ和氣流ⅱ的混合效率。

18、更進(jìn)一步地，所述激波發(fā)生器的偏轉(zhuǎn)角度周期往復(fù)變化；

19、氣流ⅰ和/或氣流ⅱ在經(jīng)過激波發(fā)生器時(shí)誘導(dǎo)產(chǎn)生寬范圍運(yùn)動的振蕩斜激波，振蕩斜激波與混合層在流向?qū)挿秶鷥?nèi)的相互作用，從而在更長距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)混合層的混合增強(qiáng)。

20、本發(fā)明還提供一種發(fā)動機(jī)，包括上述高速流動快速混合的裝置。

21、本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明所提供的高速流動快速混合的裝置，氣流ⅰ和氣流ⅱ靠近分隔板的一側(cè)在分隔板的下游端相遇后會以剪切形式相互混合并形成混合層，氣流ⅰ和/或氣流ⅱ在遠(yuǎn)離分隔板的一側(cè)經(jīng)過激波發(fā)生器時(shí)，氣流發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成斜激波，斜激波穿過氣流ⅰ和/或氣流ⅱ射入至混合層內(nèi)，而后與混合層相互作用，一方面能夠顯著造成流場中大尺度渦結(jié)構(gòu)的破碎，增強(qiáng)流場三維特征；另一方面，斜激波的入射能夠顯著改變流場當(dāng)?shù)氐臏u量分布，造成渦量厚度的顯著增長，提高氣流ⅰ和氣流ⅱ的混合效率。

22、即本發(fā)明的高速流動快速混合的裝置對流道的改進(jìn)度相對較小，具有結(jié)構(gòu)簡單、流動阻力和總壓損失小，混合效果突出的特點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種高速流動快速混合的裝置，其特征是，包括依次間隔布置的壁板?。?）、分隔板（4）和壁板ⅱ（5）；

2.如權(quán)利要求1所述的高速流動快速混合的裝置，其特征是，所述激波發(fā)生器（9）包括斜坡（91），所述斜坡（91）的偏轉(zhuǎn)角度可調(diào)節(jié)。

3.如權(quán)利要求2所述的高速流動快速混合的裝置，其特征是，所述斜坡（91）的偏轉(zhuǎn)角度可以周期往復(fù)變化。

4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的高速流動快速混合的裝置，其特征是，所述激波發(fā)生器（9）包括斜坡（91），所述斜坡（91）的偏轉(zhuǎn)角度為3°-20°。

5.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的高速流動快速混合的裝置，其特征是，所述激波發(fā)生器（9）包括斜坡（91），所述斜坡（91）的長度為55mm-65mm。

6.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的高速流動快速混合的裝置，其特征是，所述激波發(fā)生器（9）包括斜坡（91），所述斜坡（91）設(shè)置在距離所述分隔板（4）下游端的75mm-85mm處。

7.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的高速流動快速混合的裝置，其特征是，所述氣流?。?）為超聲速富燃燃?xì)?；所述氣流ⅱ?）為超聲速來流空氣。

8.一種高速流動快速混合方法，其特征是，使用如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的高速流動快速混合的裝置，包括如下步驟：

9.如權(quán)利要求8所述的高速流動快速混合方法，其特征是，所述激波發(fā)生器（9）的偏轉(zhuǎn)角度周期往復(fù)變化；

10.一種發(fā)動機(jī)，其特征是，包括如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的高速流動快速混合的裝置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，具體涉及到一種高速流動快速混合的裝置、混合方法及其發(fā)動機(jī)，其中高速流動快速混合的裝置包括依次間隔布置的壁板Ⅰ、分隔板和壁板Ⅱ；所述壁板Ⅰ和分隔板之間形成氣流通道Ⅰ；所述壁板Ⅱ和分隔板之間形成氣流通道Ⅱ；所述壁板Ⅰ和壁板Ⅱ之間且位于所述分隔板的下游端下游位置形成氣流混合腔；所述壁板Ⅰ和/或壁板Ⅱ上設(shè)置有激波發(fā)生器，所述激波發(fā)生器用于產(chǎn)生射向所述氣流混合腔的斜激波。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、流動阻力和總壓損失小，混合效果突出的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：張冬冬,譚建國,謝海衛(wèi),徐錚
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2