科创中国

高机动战机动力用加力燃烧室或高超声速导弹动力用冲压燃烧室内不仅气流速度高，燃油喷孔的总面积与气流的截面积更是相差4 个数量级。在上述工况条件下，燃油良好的初始雾化和均匀的空间散布形成了一个矛盾体：如果燃油的初始雾化很好，比如使用主燃烧室内常用的离心式喷嘴，那么燃油的液滴就没有足够的力量穿透气流，使燃油液雾在较宽广的区域散布；而目前采用的直射式喷嘴虽然结构简单，且在高速气流中有较大的穿透深度，但是雾化效率较差，且散布不均匀。在高速气流中，缺乏能够同时实现较好的燃油雾化、较大的穿透深度，以及较宽的空间散布范围的新型喷射和雾化掺混装置，已经成为制约加力/冲压燃烧室性能进一步提升的关键瓶颈因素之一。 受到生活中常见的回旋式喷水器的启发，创新团队跳出传统定常燃油喷射的思维定式，率先提出了高频动态扫掠燃油喷射的概念：通过燃油喷射方向的高频变化，在高速气流中实现燃油雾化和掺混性能的大幅提升。从瞬态看，燃油仍然是以直射式液柱的方式喷出，因此具备较高的能量，从而实现较大的穿透深度；又由于喷射方向的高频变化，从而使燃油的扩散区域大幅扩展，最终在高速气流的作用下，同时实现燃油良好的雾化和均匀的空间散布性能

一、提出了一种高频动态燃油喷射理论，通过燃油喷射方向的高频变化，在高速气流中同时实现燃油雾化和掺混性能的大幅提升，进而提升加力/冲压燃烧效率。 二、发明了一种新型自激扫掠喷嘴，在不含任何活动部件、电磁部件的条件下，仅仅依靠油压驱动，就能够实现自激发、自维持的高频动态燃油喷射，其扫掠喷射张角可达90 度以上，扫掠频率可到3000 Hz 以上。 三、提出了基于自激扫掠燃油喷射的加力/冲压燃烧室结构方案，可显著降低燃油喷孔数量，并进一步提高加力/冲压燃烧效率。 四、提出了自激扫掠喷嘴与传统加力燃油喷杆的一体化结构设计方案，可实现加力/冲压燃油喷杆的原位原尺寸改装替换。 五、建立了自激扫掠喷嘴的结构设计、性能测试、应用方案等全流程方法工具，可为后续工程应用提供坚实的技术支撑。 六、试验验证了自激扫掠喷嘴能够大幅改善加力/ 冲压燃烧室内燃油雾化/掺混性能，并在全油气比范围内提高加力/冲压燃烧效率，最高可提高4%以上。

基于以上成果，我们目前正在与xx所合作，开展现役型号的加力喷油杆替代改进共走，针对8mm外径的喷嘴，完成了新型喷嘴的一体化耦合结构设计工作，能够实现燃油喷杆的原尺寸改装替换，保守估计能够将现有的加力燃烧效率提高2~3个百分点。

我们还针对606的下一代发动机和研究院的未来发动机，开展了基于新型喷嘴的一体化加力燃油喷射方案设计工作，能够将零件数量降低70%、整体重量减低40%，喷油孔数量降低75%。此外，还针对研究院的未来发动机，开展了中心分级主燃烧室的燃油喷射方案设计，除了降低喷油孔数量，还有望降低污染排放和出口温度畸变。

我们已经形成了独具特色的专利技术群，三年来累计申请中国发明专利22项，国际发明专利2项，其中最核心的加力燃烧室方案专利，已经获得了授权。我们可以非常自豪和自信的说，在这个小领域，我们处于国际领先水平。

针对自激扫掠燃油喷嘴在静止大气中的基本工作特性，本研究团队搭建了新型自激扫掠喷嘴测试平台，配备有高精度质量流量计，高压液体恒流泵、高速摄像机、马尔文激光粒度仪，完全能够实现高精度质量流量测量、高速阴影成像等手段，完成自激扫掠喷嘴的流量、张角、频率、粒径响应特性等基本工作特性的测量。

利用自激扫掠燃油喷嘴在高速气流环境下的优异雾化、散布和掺混性能，创新团队率先将其应用于加力或冲压燃烧室设计中，可以获得以下收益：

1、显著扩展其工作接通包线，增强战机高空机动性能；

2、提高燃烧效率2%以上，提升战机远航、久航能力；

3、缩短燃油喷孔距离火焰稳定器的距离，缩短火焰长度，从而缩短加力筒体长度和重量；

4、大幅降低燃油喷孔数量，最高可降低50% 以上；

5、提高燃油喷射特性一致性，提高燃油喷杆加工自动化程度。

将此自激扫掠喷嘴应用于中心分级燃烧室的主燃级中，同样用于替代传统的直射式喷嘴，还能够大幅降低污染物排放和出口温度畸变。

同时，将其应用于级间燃烧、爆震燃烧、驻涡燃烧等新型燃烧组织方式，同样有望获得可观的性能收益。

在现役、在研主力战机用发动机型号、飞航导弹发动机型号中进行全面验证，早日转化为战斗力。