技术摘要：
一种采用塞式喷管的冲压发动机，包括进气道、燃烧室和塞式喷管，燃烧室位于进气道之后，燃烧室末端连接有塞式喷管。本发明克服了传统冲压发动机采用钟形喷管在背压过高时，喷管后段会出现气流分离，造成推力损失的缺陷。本发明在冲压发动机中采用塞式喷管，而塞式喷管  全部
背景技术：
塞式喷管最先是作为单级入轨火箭的燃气喷射装置提出的，已经在火箭发动机领 域得到了广泛研究，用于对火箭气流的膨胀。火箭发动机包含了空气流道和火箭燃气流道， 二者匹配存在较大困难。 目前在冲压发动机领域尚没有采用塞式喷管的研究，其原因是原来冲压发动机主 要工作在较窄的范围，冲压发动机工作空域和速域很窄，例如工作速度范围为马赫数2.5～ 3.5，高度范围为15～25km。随着航空航天技术的发展，特别是随着开发临近空间的要求，迫 切需要发展具有宽范围工作能力的冲压发动机。 冲压发动机分为两类：亚燃冲压发动机和超燃冲压发动机，当前的亚燃冲压发动 机采用拉瓦尔喷管，超燃冲压发动机无喷管。其缺点在于：由于采用固定结构，出口气流压 力难以与环境压力匹配，在偏离设计点(宽范围工作时必然会导致偏离)时造成了较大的性 能损失。为实现宽范围高性能工作，公开号为108317541A的专利申请公开了一种冲压发动 机，通过控制在不同位置补充不同流量的燃料和氧化剂，实现边混合边燃烧均匀释放能量 的目的。其缺点一是燃烧本身是很难控制的，二是增加了热防护的难度。 另外，传统采用钟形喷管的冲压发动机都是采用圆形燃烧室，总压损失相对比较 大，而且圆形燃烧室空间利用率不高，不利于紧凑布局。
技术实现要素：
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种采用塞式喷管的冲压发动机。本 发明利用塞式喷管排气与环境的自适应特性，结合冲压发动机构型特点和燃烧特性，解决 了冲压发动机宽范围工作的难题。 为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下： 采用塞式喷管的冲压发动机，包括进气道、燃烧室和塞式喷管，燃烧室位于进气道 之后，燃烧室末端连接有塞式喷管。 所述进气道包括进气道外壁和进气道内壁，进气道外壁为筒体，进气道内壁为设 置在进气道外壁内部中心的中心锥体，进气道外壁和进气道内壁之间为进气通道，所述进 气道内壁包括收缩段和扩展段，所述进气通道前段对应的进气道内壁为收缩段，进气通道 后段对应的进气道内壁为扩张段，所述进气通道是先收缩后扩张的通道。在收缩段，外界的 超声速空气流减速增压，进气道的收缩比与工作马赫数相关；在扩张段，通过一系列斜激波 匹配燃烧室内的压力，进气通道出口一般设置为圆形或环形。进气道可以有多种形式，包括 外压式、内压式、混压式，其设计方法为空气动力学领域所公知(参见张堃元《高超声速曲面 压缩进气道及其反设计》)。 3 CN 111594339 A 说　明　书 2/4 页 所述燃烧室包括燃烧室外壁和燃烧室内壁，燃烧室外壁为筒体，燃烧室内壁为设 置在燃烧室外壁内部中心的中心筒体，燃烧室外壁和燃烧室内壁为燃烧空间，在燃烧空间 的前段，布置有燃油喷注器和火焰稳定器。燃油喷注器的作用是把燃油雾化为小液滴并尽 量均匀地与空气混合，可以采用压力雾化喷注器、旋流式空气雾化喷注器等；火焰稳定器的 作用是建立一个低速区，确保燃油和空气的混合物能够可靠地被点燃并持续稳定地燃烧。 所述塞式喷管包括塞式喷管外壁和塞式喷管内壁，塞式喷管外壁为筒体，塞式喷 管内壁为设置在塞式喷管外壁中心的中心塞锥，所述塞式喷管内壁分为三段，依次为与燃 烧室内壁连接的直线段、中部的压缩段和后端的扩张段，其中塞式喷管内壁其扩张段的前 段在塞式喷管外壁内，扩张段的后段伸出塞式喷管外壁之外。进一步地，塞式喷管内壁其收 缩段型面由移轴维托辛斯基曲线确定。塞式喷管外壁和塞式喷管内壁之间间距最小处对应 的最小流通截面的等效直径dt由全范围的最小流通能力确定，即： 其中 R分别是燃气的质量流量和气体常数，Γ为常数，pc、Tc分别为燃烧室内的 压力和温度。 进一步地，本发明燃烧室内壁直径要避免空气和燃气堵塞，根据 确 定，其中dci为燃烧室内壁直径，dce为燃烧室外壁直径，λ为面积收缩系数，一般取1.5～2.5， 优选为2；燃烧室长度既要保证燃油的充分燃烧，又要尽可能较短以降低总的热流。 与现有方法相比，本发明具有的优点和有益效果包括： 本发明克服了传统冲压发动机采用钟形喷管在背压过高时，喷管后段会出现气流 分离，造成推力损失的缺陷。本发明在冲压发动机中采用塞式喷管，而塞式喷管通过燃气压 力与被压的自动匹配，无论在背压高还是低时，壁面上的气流都不会分离，从而具有在宽范 围下高性能工作的特点。 附图说明 图1为本发明的结构示意图。 图2为传统钟形喷管在背压高时出现气流分离的示意图。 图3为本发明的塞式喷管在设计点和高背压时均不会出现气流分离的效果图。 图中标号： 1、超声速来流； 2、进气道； 3、燃油喷注器； 4、火焰稳定器； 5、燃烧室； 6、塞式喷管外壁； 7、塞式喷管内壁； 8、进气道内壁； 9、进气道外壁； 4 CN 111594339 A 说　明　书 3/4 页 10、燃烧室内壁； 11、燃烧室外壁。