【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于發動機進氣道射流冷卻，特別是涉及一種提高tbcc組合發動機射流冷卻效果的裝置及方法。
技術介紹
1、目前，裝備渦輪發動機的飛行器一般可以實現0～2的飛行馬赫數，裝備沖壓發動機的飛行器一般可以實現3～6的飛行馬赫數，導致裝備任意單一種類發動機的飛行器都無法滿足從低速到超高音速的動力需求。
2、為此，tbcc(turbine?based?combined?cycle)組合發動機應運而生，其是一種將渦輪發動機和沖壓發動機這兩種技術結合到一起的新型發動機形式，其進一步整合了渦輪發動機和沖壓發動機在各自適用飛行馬赫數范圍內的優勢。
3、但是，現有的tbcc組合發動機仍存在模態轉換的問題，對實現模態轉換的連續性仍有迫切需求，而現階段主要通過發動機進氣道射流冷卻技術來解決問題。
4、然而，現有的發動機進氣道射流冷卻技術在應用過程中也存在一定的問題，在向發動機高溫進氣道中噴射冷卻介質的過程中，當冷卻介質射流量少時，則會導致冷卻作用達不到預期；當冷卻介質射流量大時，則會殘余過量的未相變冷卻介質，進而會造成發動機燃燒室內的燃燒過程受到消極影響。
5、另外，傳統的冷卻介質射流裝置主要從改進射流噴口的結構來使冷卻介質噴霧液滴粒徑盡可能小，或者是在冷卻介質噴射后通過向燃燒室中添加助燃劑的方式改善燃燒，但上述技術路線會大幅度增加發動機結構的設計難度，并且對發動機本身的重量也有著更嚴格的要求，導致傳統的冷卻介質射流技術在利用冷卻介質液滴蒸發潛力方面仍存在很大不足。因此，找到一種既能實現冷卻介質充分
技術實現思路
1、針對現有技術存在的問題，本專利技術提供一種提高tbcc組合發動機射流冷卻效果的裝置及方法，提出了冷卻介質摻混碳粉的發動機進氣道射流冷卻技術路線，碳粉在與冷卻介質摻混前，先由表面活性劑進行預處理，用以改善碳粉微粒表面的潤濕性，隨后將碳粉與冷卻介質進行混合，可由冷卻介質包裹碳粉形成粒徑更大的含碳液滴微粒，之后使含碳液滴微粒高速噴射入發動機的高溫進氣道中，含碳液滴微粒中的外層冷卻介質通過相變，用以達到強化換熱的效果，而含碳液滴微粒中剩下的碳粉微粒則會進入發動機燃燒室內作為燃料進行輔助燃燒，最終實現了tbcc組合發動機射流冷卻效果的提高。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種提高tbcc組合發動機射流冷卻效果的裝置，包括碳粉供給機構和混合射流機構；所述碳粉供給機構包括碳粉螺旋輸入管及碳粉輸出筒體，碳粉螺旋輸入管設置在碳粉輸出筒體處；在所述碳粉輸出筒體一端設有錐形壓縮空氣射流口，在碳粉輸出筒體另一端設有拉瓦爾形碳粉出口；所述混合射流機構包括冷卻介質流道、錐形冷卻介質射流管、碳粉微粒表面處理環腔、活性劑緩存環腔、錐形碳粉射流管、含碳液滴微粒形成管及擴口形含碳液滴微粒噴射管；所述拉瓦爾形碳粉出口與碳粉微粒表面處理環腔相連通；所述錐形冷卻介質射流管設置在冷卻介質流道的出口端；所述碳粉微粒表面處理環腔設置在冷卻介質流道圓周方向外側，所述錐形碳粉射流管設置在碳粉微粒表面處理環腔的出口端，所述錐形冷卻介質射流管位于錐形碳粉射流管內側；所述活性劑緩存環腔設置在碳粉微粒表面處理環腔圓周方向外側，在活性劑緩存環腔與碳粉微粒表面處理環腔之間設置有活性劑噴頭；所述含碳液滴微粒形成管設置在錐形碳粉射流管的出口端；所述擴口形含碳液滴微粒噴射管設置在含碳液滴微粒形成管的出口端。
3、在所述碳粉微粒表面處理環腔的進口端設置有旋向碳粉射入口，旋向碳粉射入口數量為一個或多個，且當旋向碳粉射入口的數量為多個時，多個旋向碳粉射入口沿圓周方向均勻分布。
4、在所述碳粉微粒表面處理環腔的出口端設置有旋流導向葉片，旋流導向葉片數量若干，若干旋流導向葉片沿圓周方向均勻分布。
5、在所述冷卻介質流道的出口端內表面設置有冷卻介質旋流導向凹槽，且冷卻介質旋流導向凹槽的旋向與旋流導向葉片的旋向相反。
6、在所述碳粉微粒表面處理環腔內部與旋向碳粉射入口相鄰處設置有碳粉微粒篩網，碳粉微粒篩網的目數根據碳粉微粒的實際使用粒度進行確定。
7、在所述活性劑緩存環腔的進口端設置有活性劑輸入口，在活性劑緩存環腔內部與活性劑輸入口相鄰處設置有活性劑除雜過濾網。
8、所述活性劑噴頭數量若干，若干活性劑噴頭沿軸向設有兩排，每排活性劑噴頭均沿圓周方向均勻分布，且每排活性劑噴頭彼此交錯分布。
9、由所述碳粉螺旋輸入管輸入的碳粉微粒的粒度范圍為2μm～100μm。
10、在所述含碳液滴微粒形成管內形成的含碳液滴微粒的粒度范圍為3μm～1000μm，且用于形成含碳液滴微粒的碳粉微粒與冷卻介質的射流質量比為1％～99％。
11、一種提高tbcc組合發動機射流冷卻效果的方法，采用了所述的提高tbcc組合發動機射流冷卻效果的裝置，具體為：
12、首先由碳粉螺旋輸入管通入碳粉、由錐形壓縮空氣射流口通入壓縮空氣、由冷卻介質流道通入冷卻介質以及由活性劑輸入口通入活性劑；當碳粉通過碳粉螺旋輸入管進入碳粉輸出筒體后，會與錐形壓縮空氣射流口通入的壓縮空氣混合并實現打散以及獲得初速度，隨后碳粉會經過拉瓦爾形碳粉出口提速后通過旋向碳粉射入口進入碳粉微粒表面處理環腔，此時碳粉會在碳粉微粒表面處理環腔內旋流移動；同時，活性劑由活性劑輸入口進入活性劑緩存環腔后，會進一步通過活性劑噴頭進入碳粉微粒表面處理環腔，碳粉微粒會被活性劑捕獲，實現對碳粉微粒表面的預處理；隨后完成表面預處理的碳粉微粒會進行旋流移動，當碳粉微粒經過旋流導向葉片時，會進一增強碳粉微粒的旋流，隨后碳粉微粒進入錐形碳粉射流管；同時，冷卻介質經過冷卻介質旋流導向凹槽時，會使冷卻介質形成旋流，隨后旋流狀態下的冷卻介質會通過錐形冷卻介質射流管進入錐形碳粉射流管中與旋流方向相反的碳粉微粒進行混合，進一步會在含碳液滴微粒形成管內混合形成含碳液滴微粒，而含碳液滴微粒會經由擴口形含碳液滴微粒噴射管噴入發動機的高溫進氣道中，含碳液滴微粒中的外層冷卻介質通過相變進行換熱冷卻，含碳液滴微粒中剩下的碳粉微粒隨后進入發動機的燃燒室內作為燃料進行輔助燃燒，最終完成tbcc組合發動機射流冷卻效果的提高。
13、本專利技術的有益效果：
14、本專利技術的提高tbcc組合發動機射流冷卻效果的裝置及方法，提出了冷卻介質摻混碳粉的發動機進氣道射流冷卻技術路線，碳粉在與冷卻介質摻混前，先由表面活性劑進行預處理，用以改善碳粉微粒表面的潤濕性，隨后將碳粉與冷卻介質進行混合，可由冷卻介質包裹碳粉形成粒徑更大的含碳液滴微粒，之后使含碳液滴微粒高速噴射入發動機的高溫進氣道中，含碳液滴微粒中的外層冷卻介質通過相變，用以達到強化換熱的效果，而含碳液滴微粒中剩下的碳粉微粒則會進入發動機燃燒室內作為燃料進行輔助燃燒，最終實現了tbcc組合發動機射流冷卻效果的提高。
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1.一種提高TBCC組合發動機射流冷卻效果的裝置，其特征在于：包括碳粉供給機構和混合射流機構；所述碳粉供給機構包括碳粉螺旋輸入管及碳粉輸出筒體，碳粉螺旋輸入管設置在碳粉輸出筒體處；在所述碳粉輸出筒體一端設有錐形壓縮空氣射流口，在碳粉輸出筒體另一端設有拉瓦爾形碳粉出口；所述混合射流機構包括冷卻介質流道、錐形冷卻介質射流管、碳粉微粒表面處理環腔、活性劑緩存環腔、錐形碳粉射流管、含碳液滴微粒形成管及擴口形含碳液滴微粒噴射管；所述拉瓦爾形碳粉出口與碳粉微粒表面處理環腔相連通；所述錐形冷卻介質射流管設置在冷卻介質流道的出口端；所述碳粉微粒表面處理環腔設置在冷卻介質流道圓周方向外側，所述錐形碳粉射流管設置在碳粉微粒表面處理環腔的出口端，所述錐形冷卻介質射流管位于錐形碳粉射流管內側；所述活性劑緩存環腔設置在碳粉微粒表面處理環腔圓周方向外側，在活性劑緩存環腔與碳粉微粒表面處理環腔之間設置有活性劑噴頭；所述含碳液滴微粒形成管設置在錐形碳粉射流管的出口端；所述擴口形含碳液滴微粒噴射管設置在含碳液滴微粒形成管的出口端。
2.根據權利要求1所述的一種提高TBCC組合發動機射流冷卻效果的裝置，
3.根據權利要求1所述的一種提高TBCC組合發動機射流冷卻效果的裝置，其特征在于：在所述碳粉微粒表面處理環腔的出口端設置有旋流導向葉片，旋流導向葉片數量若干，若干旋流導向葉片沿圓周方向均勻分布。
4.根據權利要求1所述的一種提高TBCC組合發動機射流冷卻效果的裝置，其特征在于：在所述冷卻介質流道的出口端內表面設置有冷卻介質旋流導向凹槽，且冷卻介質旋流導向凹槽的旋向與旋流導向葉片的旋向相反。
5.根據權利要求1所述的一種提高TBCC組合發動機射流冷卻效果的裝置，其特征在于：在所述碳粉微粒表面處理環腔內部與旋向碳粉射入口相鄰處設置有碳粉微粒篩網，碳粉微粒篩網的目數根據碳粉微粒的實際使用粒度進行確定。
6.根據權利要求1所述的一種提高TBCC組合發動機射流冷卻效果的裝置，其特征在于：在所述活性劑緩存環腔的進口端設置有活性劑輸入口，在活性劑緩存環腔內部與活性劑輸入口相鄰處設置有活性劑除雜過濾網。
7.根據權利要求1所述的一種提高TBCC組合發動機射流冷卻效果的裝置，其特征在于：所述活性劑噴頭數量若干，若干活性劑噴頭沿軸向設有兩排，每排活性劑噴頭均沿圓周方向均勻分布，且每排活性劑噴頭彼此交錯分布。
8.根據權利要求1所述的一種提高TBCC組合發動機射流冷卻效果的裝置，其特征在于：由所述碳粉螺旋輸入管輸入的碳粉微粒的粒度范圍為2μm～100μm。
9.根據權利要求1所述的一種提高TBCC組合發動機射流冷卻效果的裝置，其特征在于：在所述含碳液滴微粒形成管內形成的含碳液滴微粒的粒度范圍為3μm～1000μm，且用于形成含碳液滴微粒的碳粉微粒與冷卻介質的射流質量比為1％～99％。
10.一種提高TBCC組合發動機射流冷卻效果的方法，采用了權利要求1所述的提高TBCC組合發動機射流冷卻效果的裝置，其特征在于，具體為：
...【技術特征摘要】
1.一種提高tbcc組合發動機射流冷卻效果的裝置，其特征在于：包括碳粉供給機構和混合射流機構；所述碳粉供給機構包括碳粉螺旋輸入管及碳粉輸出筒體，碳粉螺旋輸入管設置在碳粉輸出筒體處；在所述碳粉輸出筒體一端設有錐形壓縮空氣射流口，在碳粉輸出筒體另一端設有拉瓦爾形碳粉出口；所述混合射流機構包括冷卻介質流道、錐形冷卻介質射流管、碳粉微粒表面處理環腔、活性劑緩存環腔、錐形碳粉射流管、含碳液滴微粒形成管及擴口形含碳液滴微粒噴射管；所述拉瓦爾形碳粉出口與碳粉微粒表面處理環腔相連通；所述錐形冷卻介質射流管設置在冷卻介質流道的出口端；所述碳粉微粒表面處理環腔設置在冷卻介質流道圓周方向外側，所述錐形碳粉射流管設置在碳粉微粒表面處理環腔的出口端，所述錐形冷卻介質射流管位于錐形碳粉射流管內側；所述活性劑緩存環腔設置在碳粉微粒表面處理環腔圓周方向外側，在活性劑緩存環腔與碳粉微粒表面處理環腔之間設置有活性劑噴頭；所述含碳液滴微粒形成管設置在錐形碳粉射流管的出口端；所述擴口形含碳液滴微粒噴射管設置在含碳液滴微粒形成管的出口端。
2.根據權利要求1所述的一種提高tbcc組合發動機射流冷卻效果的裝置，其特征在于：在所述碳粉微粒表面處理環腔的進口端設置有旋向碳粉射入口，旋向碳粉射入口數量為一個或多個，且當旋向碳粉射入口的數量為多個時，多個旋向碳粉射入口沿圓周方向均勻分布。
3.根據權利要求1所述的一種提高tbcc組合發動機射流冷卻效果的裝置，其特征在于：在所述碳粉微粒表面處理環腔的出口端設置有旋流導向葉片，旋流導向葉片數量若干，若干旋流導向葉片沿圓周方向均勻分布。
4.根...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱建勇，劉太秋，馮宇辰，王裕賢，王欽，
申請(專利權)人：沈陽航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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