專利名稱：一種渦輪組合脈沖爆震發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種脈沖爆震發(fā)動機。
背景技術(shù)：
爆震波的發(fā)現(xiàn)最早可以追溯到18世紀末，相比于爆燃波，爆震波的傳播速度可以 達到幾千米每秒，同時產(chǎn)生極高的燃氣壓力(大于15至55個大氣壓)和燃氣溫度(大 于2800K)，根據(jù)傳統(tǒng)CJ理論，CJ爆震點是熵增的最小點，這意味著以爆震燃燒為基 礎(chǔ)的推進系統(tǒng)在熱循環(huán)效率上將非常具有優(yōu)勢，因此自上世紀四十年代開始，各機構(gòu) 競相研究爆震發(fā)動機，在六十多年的探索研究階段，出現(xiàn)了各種類型的爆震發(fā)動機， 當前該領(lǐng)域研究的熱點主要集中在基于脈沖爆震循環(huán)的脈沖爆震發(fā)動機。
對于純脈沖爆震發(fā)動機，其不含任何轉(zhuǎn)動部件，故結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，但與傳統(tǒng) 沖壓發(fā)動機相同的是，其必須利用速度沖壓來實現(xiàn)空氣的流入，因此發(fā)動機無法地面 啟動。為解決地面啟動問題，進一步提高脈沖爆震發(fā)動機推進性能，同時實現(xiàn)功率提 取，渦輪轉(zhuǎn)動部件被引入到了脈沖爆震發(fā)動機中，即燃氣渦輪脈沖爆震組合發(fā)動機。 對于這種組合發(fā)動機結(jié)構(gòu)，最早于2002年John hoke等人將汽車用渦輪增壓器接到爆 震管出口，以爆震燃燒波驅(qū)動渦輪，并進而實現(xiàn)自吸氣；2005年美國GE公司提出了 兩種專利方案，其共同特點是將爆震管與燃氣渦輪設(shè)計成一體，通過切向排氣驅(qū)動渦 輪，由于爆震管長度由DDT距離決定，故其最大的缺點就是其渦輪尺寸很大；當前美 國GE公司、辛辛那提大學及日本東京理工大學研究的焦點都是將軸流渦輪置于爆震管 出口的組合發(fā)動機方案。
將渦輪轉(zhuǎn)動部件置于爆震室出口的初衷是以爆震燃燒取代現(xiàn)有燃氣渦輪發(fā)動機中 的穩(wěn)態(tài)燃燒方式，從而方便新技術(shù)的移植，但另一方面其帶來了新的問題(1)由DDT 距離決定的爆震管長度將長于現(xiàn)有發(fā)動機燃燒室，故渦輪與壓氣機間的軸間距將加長； (2)由于爆震室出口存在渦輪轉(zhuǎn)動部件，爆震燃燒對其做功的同時，相比于無渦輪部 件情況，爆震工作循環(huán)也會受渦輪影響，隨著渦輪轉(zhuǎn)速的增大，爆震循環(huán)與渦輪工作 的耦合作用加強，從而增大爆震循環(huán)控制的復雜性進而降低爆震室可工作頻率；(3) 由于爆震燃燒過程的強烈非定常特性，使得渦輪進口最小壓力與最大壓力比至少差18 倍，同時該壓力落差變化在幾個毫秒，當前的渦輪設(shè)計方法很難保證在這種高強度短時壓力脈沖作用下的功率提取效率，實際測量值都較低，以上這些都是渦輪轉(zhuǎn)動部件
置于爆震室出口方案中必須解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)功率提取部件與爆震工作循環(huán)的耦合影響，本發(fā)明提出了一種 將渦輪置于爆震室頭部，利用回傳爆震驅(qū)動渦輪的渦輪組合脈沖爆震發(fā)動機，能夠?qū)?現(xiàn)地面啟動、降低發(fā)動機進氣阻力及實現(xiàn)發(fā)動機小型化。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括進氣裝置1、壓氣機、擴壓緩
沖腔3、徑向渦輪4、導向器、導流機匣6、進氣閥7、點火系統(tǒng)8、多管爆震室9、噴 管IO、內(nèi)流道ll、發(fā)動機殼體12及內(nèi)環(huán)壁14，沿發(fā)動機的氣流方向，進氣裝置l位 于發(fā)動機殼體12最前端，壓氣機位于發(fā)動機殼體12內(nèi)、進氣裝置l下游并與進氣裝 置l同軸布置；壓氣機和徑向渦輪4通過公共軸相連，徑向渦輪4的渦輪盤在上游， 葉片向下游；導流機匣6是壓氣機和徑向渦輪4間的平滑過渡殼體，將軸承潤滑系統(tǒng)、 齒輪傳動系統(tǒng)封裝于壓氣機和徑向渦輪4之間；導向器與徑向渦輪4同軸，位于導流 機匣6與徑向渦輪之間；進氣閥7位于導流機匣6和發(fā)動機殼體12內(nèi)壁包圍形成的氣 流流路內(nèi)，并在壓氣機和徑向渦輪4位置之間；擴壓緩沖腔3開始于壓氣機下游，終 止于進氣閥7上游，是由導流機匣6和發(fā)動機殼體12圍成的環(huán)形腔道，擴壓緩沖腔3 出口截面積應(yīng)大于壓氣機與發(fā)動機殼體12內(nèi)壁形成的氣流流道的最小面積；多管爆震 室9在進氣閥7下游，是燃料/空氣混合物的爆震燃燒區(qū)域，由多個獨立爆震管沿圓周 管環(huán)形分布而構(gòu)成，該環(huán)狀多管爆震室9的外環(huán)壁面為部分發(fā)動機殼體12，其內(nèi)環(huán)壁 面構(gòu)成內(nèi)環(huán)壁14，內(nèi)環(huán)壁14與發(fā)動機殼體12的間距應(yīng)大于采用的燃料/空氣混合物 的l倍胞格尺寸，同時內(nèi)環(huán)壁14下游端面與多管爆震室9下游端面在同一平面；環(huán)狀 多管爆震室9從其上游端面開始在內(nèi)環(huán)處開有環(huán)型空腔，導向器及徑向渦輪4包于該 環(huán)形空腔內(nèi)，徑向渦輪4葉片與內(nèi)環(huán)壁14最小間距小于lmm，徑向渦輪4最大外緣直 徑與內(nèi)環(huán)壁14上游端面最大尺寸相同；徑向渦輪4下游為內(nèi)流道11，內(nèi)流道ll由內(nèi) 環(huán)壁14所包圍形成，內(nèi)環(huán)壁14上游插入導向器內(nèi)，插入深度為0.2 0.6倍的導向器 軸向長度；點火系統(tǒng)8為多管爆震室9的點火裝置， 一個爆震管對應(yīng)一個點火系統(tǒng)； 多管爆震室9出口連接噴管10。
進氣裝置1與傳統(tǒng)發(fā)動機進氣道相同。
5壓氣機為現(xiàn)有技術(shù)，可以采用離心式壓氣機2a，也可以是軸流壓氣機2b。 擴壓緩沖腔3為壓氣機下游、進氣閥7上游、發(fā)動機殼體12及導流機匣6圍成的 環(huán)形腔道，可采用現(xiàn)有航空發(fā)動機燃燒室前擴壓器的設(shè)計方法來設(shè)計，其將來流壓縮 空氣進一步減速擴壓，同時隔離下游壓力脈動對壓氣機的影響。
導向器是一種將多管爆震室6點火后形成的回傳爆震波引入徑向渦輪4的裝置， 可以采用固定導向器或旋轉(zhuǎn)導向器。固定導向器5a由導流葉片5al和基座5a2組成， 旋轉(zhuǎn)導向器分為兩類，旋轉(zhuǎn)導向器I型5b為被四個隔段形成四個兩兩對稱流道的環(huán)形 腔道，并在其前端面和內(nèi)環(huán)開有槽；旋轉(zhuǎn)導向器II型5c由進氣盤5cl和導流環(huán)5c2 組成，進氣盤5cl為中空開槽圓盤，導流環(huán)5c2為開有對稱導流槽的圓環(huán)并位于導向 器5c的下游。
導流機匣6是壓氣機和徑向渦輪4間的平滑過渡殼體，其上游與壓氣機平滑過渡， 下游端面尺寸與爆震室9處于充填過程時其下游氣流流道最小內(nèi)徑相當，其光滑的型 面設(shè)計可以將來流壓縮空氣導流入進氣閥7，減小氣流流動損失。
進氣閥7為阻止壓力前傳的裝置，可以是氣動閥，也可以是機械閥。 點火系統(tǒng)8為火花塞，火花塞放電電極置于多管爆震室9內(nèi)， 一個爆震室對應(yīng)一 個火花塞。
多管爆震室9為燃料/空氣混合物的爆震燃燒區(qū)域，多爆震管環(huán)形分布，各爆震管 截面可以是圓形，也可是方形、扇型。
噴管10為現(xiàn)有技術(shù)，其將高壓燃燒產(chǎn)物進一步膨脹排出，增大推力。
內(nèi)流道11由內(nèi)環(huán)壁14圍成，將由徑向渦輪4流出的燃燒產(chǎn)物排出到發(fā)動機尾部， 其流路內(nèi)徑的變化由爆震室內(nèi)徑變化決定，若爆震室9為直管爆震室，則內(nèi)流道11 為直管段，若爆震室9為擴張變截面，則內(nèi)流道ll為收斂的錐面段。
發(fā)動機殼體12為發(fā)動機的外壁面；內(nèi)環(huán)壁14為環(huán)狀分布多管爆震室9內(nèi)壁面組成。
當點火系統(tǒng)8點火后，在多管爆震室9內(nèi)形成了向發(fā)動機下游傳播的爆震波和向 上游傳播的回傳爆震波，向下游傳播的爆震波經(jīng)噴管IO排出發(fā)動機；向上游回傳的爆 震波導致部分燃燒產(chǎn)物向上游流動，并經(jīng)導向器導流后引入徑向渦輪4，并驅(qū)動徑向 渦輪4旋轉(zhuǎn)，燃燒產(chǎn)物流出徑向渦輪4后排入內(nèi)流道11，并最終流出發(fā)動機；徑向渦輪4與壓氣機共軸，徑向渦輪4驅(qū)動壓氣機旋轉(zhuǎn)，進一步壓氣機壓縮來流空氣，從而
實現(xiàn)脈沖爆震發(fā)動機的地面啟動。
作為本發(fā)明的第一項優(yōu)選方案，徑向渦輪4與離心式壓氣機2a共軸連接，進氣閥
7置于固定導向器5a上游端面，導向器5a由導流葉片5al和基座5a2組成，基座5a2 固定在導流機匣6下游端面，導流葉片5al沖下游，固定導向器5a與徑向渦輪4同軸， 徑向渦輪4包于固定導向器5a內(nèi)，同時固定導向器5a及徑向渦輪4包于爆震室9上 游環(huán)形空腔內(nèi)，固定導向器5a上游端面與爆震室9上游端面在同一平面，同時內(nèi)環(huán)壁 14插入固定導向器5a內(nèi)。
作為本發(fā)明的第二項優(yōu)選方案，徑向渦輪4與離心式壓氣機2a共軸連接，去除第 一優(yōu)選方案中的進氣閥7，將旋轉(zhuǎn)導向器I型5b置于導流機匣6下游并與徑向渦輪4 同軸，旋轉(zhuǎn)導向器I型5b是由內(nèi)外環(huán)形成一個環(huán)形腔道，所述腔道又被四個隔段形成 四個兩兩對稱流道，其中面積較小的兩個相互對稱的流道的上端面以光滑導流面封死， 并在其流道內(nèi)下游內(nèi)環(huán)壁上沿整個圓弧段開有孔；連接徑向渦輪4與離心式壓氣機2a 的軸帶動齒輪傳動系統(tǒng)13，進而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)導向器I型5b;擴壓緩沖腔3開始于離心式 壓氣機下游，終止于旋轉(zhuǎn)導向器I型上游。
作為本發(fā)明的第三項優(yōu)選方案，將第二優(yōu)選方案中的旋轉(zhuǎn)導向器I型5b替換為旋 轉(zhuǎn)導向器II型5c，旋轉(zhuǎn)導向器II型5c由進氣盤5cl和導流環(huán)5c2組成，進氣盤5cl 為中空圓盤，位于導向器5c的上游，其上開有對稱扇段進氣槽，導流環(huán)5c2為進氣盤 下游開有對稱導流槽的圓環(huán)，內(nèi)環(huán)壁14插于導流環(huán)5c內(nèi)。
作為本發(fā)明的第四優(yōu)選方案，可以將以上方案中的離心式壓氣機2a替換為軸流式 壓氣機2b。
本發(fā)明的有益效果是由于將渦輪部件置于爆震室前端，渦輪與壓氣機間的軸間 距僅由必要的軸承潤滑系統(tǒng)及齒輪傳動系統(tǒng)的空間尺寸決定，其最長不超過壓氣機最 大外緣直徑對應(yīng)的長度，遠短于將爆震室置于渦輪與壓氣機間時的軸間距；另一方面， 渦輪部件置于爆震室前端時，充填的新鮮可爆混合也未流經(jīng)渦輪，故渦輪高速旋轉(zhuǎn)對 發(fā)動機充填過程影響小，同時當爆震室點火起爆后，大部分燃燒產(chǎn)物隨向爆震室尾部 傳播的爆震波一起經(jīng)噴管IO排出，由于爆震室尾部無渦輪部件，故渦輪的旋轉(zhuǎn)對此排 氣過程影響較小，故相比于渦輪置亍爆震室尾部力案，該方案可以大大減落爆震循環(huán)與渦輪工作的耦合作用，具有較高的工作頻率，可以將現(xiàn)有純脈沖爆震發(fā)動機爆震室 結(jié)構(gòu)直接移植到本發(fā)明中，這樣得到的本發(fā)明中爆震室9的工作特性與純脈沖爆震發(fā) 動機爆震室結(jié)構(gòu)基本相同；理論及試驗表明，回傳爆震波產(chǎn)生的爆震室頭部壓力峰值 低于爆震室出口爆震波壓力，但其壓力平臺區(qū)較長，故延長了燃氣對渦輪作用的時間，
有利于功率的提取，同時若多管爆震室9采用交叉點火工作方式，當其多管總工作頻 率(等于單管爆震頻率乘于爆震管數(shù))達到200Hz時，渦輪進口可以實現(xiàn)近似穩(wěn)態(tài)的 工作條件，同時本發(fā)明只利用部分工質(zhì)驅(qū)動徑向渦輪4，計算表明，若徑向渦輪實現(xiàn) 落壓比2，則只需將流入發(fā)動機總工質(zhì)的20% 30%用來驅(qū)動徑向渦輪4，就可以實現(xiàn) 壓氣機2 3的增壓比。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖中，l一進氣裝置，3 —擴壓緩沖腔，4一徑向渦輪，6 —導流機匣，7 —進氣閥， 8 —點火系統(tǒng)，9一多管爆震室，IO —噴管，ll一內(nèi)流道，12 —發(fā)動機殼體，14一內(nèi)環(huán)壁。
圖2是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)圖及工作原理圖，其中圖2 (a)是多管同時點火方 式下點火后燃燒產(chǎn)物的氣流流路圖，圖2 (b)是多管同時點火方式下可爆混合物充填 的氣流流路圖，圖2 (c)是多管分時點火方式下可爆混合物充填、燃燒產(chǎn)物排出過程 的氣流流路圖，圖2 (d)是本結(jié)構(gòu)A-A面剖面圖，圖2 (e)是固定導向器5a的結(jié)構(gòu) 圖中，2a —離心式壓氣機，5a—固定導向器，5al —導流葉片，5a2 —基座。 圖3是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)圖及工作原理圖，其中圖3 (a)是多管爆震室9 中處于點火過程的爆震管內(nèi)燃燒產(chǎn)物的氣流流路圖，圖3 (b)是多管爆震室9中處于 填充的爆震管內(nèi)可爆混合物的氣流流路圖，圖3 (c)旋轉(zhuǎn)導向器I型5b結(jié)構(gòu)圖及氣 流流路圖中，5b —旋轉(zhuǎn)導向器I型，13 —齒輪傳動系統(tǒng)。
圖4是本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)圖及工作原理圖，其中圖4 (a)是該結(jié)構(gòu)處于點火 過程的爆震管內(nèi)燃燒產(chǎn)物的氣流流路圖，圖4 (b)是該結(jié)構(gòu)處于填充的爆震管內(nèi)可爆混合物的氣流流路圖，圖4 (c)旋轉(zhuǎn)導向器II型5c結(jié)構(gòu)圖及氣流流路圖； 圖中，5 c—旋轉(zhuǎn)導向器II型。 圖5是本發(fā)明實施例4的結(jié)構(gòu)圖中，2 b —軸流壓氣機。
具體實施例方式
實施例1:
如圖2所示，包括進氣裝置l、離心式壓氣機2a、擴壓緩沖腔3、徑向渦輪4、固 定導向器5a、導流機匣6、進氣閥7、點火系統(tǒng)8、多管爆震室9、噴管10、內(nèi)流道 11、發(fā)動機殼體12及內(nèi)環(huán)壁14。沿發(fā)動機的氣流方向，進氣裝置l位于發(fā)動機殼體 12最前端，離心式壓氣機2a位于發(fā)動機殼體12內(nèi)、進氣裝置1下游并與進氣裝置1 同軸布置；離心式壓氣機2a和徑向渦輪4通過公共軸相連，同時徑向渦輪4的渦輪盤 在上游，其葉片沖下游；導流機匣6位于離心式壓氣機2a和徑向渦輪4之間，其上游 端面外緣尺寸與離心丌;氣機2a最大外尺寸相同，其—卜游端面外緣尺寸與固定導向器 5a最大外緣尺寸相同；固定導向器5a固定于導流機匣6下游端面并與徑向渦輪4同 軸，徑向渦輪4包于固定導向器5a內(nèi)，圖2 (e)為固定導向器5a的結(jié)構(gòu)圖，其由10 片導流葉片5al和基座5a2組成，導流葉片5al入口端面葉型與爆震管側(cè)壁端面相貼 合，即從其中之一爆震管前傳的爆炸波只通過兩個導流葉片5al之間的通道，導流葉 片5al出口角根據(jù)現(xiàn)有渦輪增壓器中渦輪導向器的出口角來設(shè)計，基座5a2外尺寸大 于內(nèi)流道ll上游端面內(nèi)徑，決定了流入徑向渦輪4的工質(zhì)流量，其參數(shù)根據(jù)發(fā)動機的 工作設(shè)計點確定，固定導向器5a通過基座5a2以螺釘鏈接固定在導流機匣6下游端面， 導流葉片5al沖下游；進氣閥7位于導流機匣6和發(fā)動機殼體12內(nèi)壁包圍形成的氣流 流路內(nèi)，并在壓氣機和徑向渦輪4位置之間；擴壓緩沖腔3開始于離心式壓氣機2a 下游，終止于進氣閥7上游，由導流機匣6和發(fā)動機殼體12圍成的環(huán)形腔道，且擴壓 緩沖腔3出口截面積大于壓氣機與發(fā)動機殼體12內(nèi)壁形成的氣流流道的最小面積；多 管爆震室9在進氣閥7下游，其由多個獨立爆震管沿圓周管環(huán)形分布而構(gòu)成，圖2( d ) 是圖2(b)中A-A截面的剖視圖，圖中未畫出徑向渦輪，可以看到實施例l中的多管 爆震室9由10根扇面爆震管組成，該環(huán)狀多管爆震室9的外環(huán)壁面為部分發(fā)動機殼體 12，其內(nèi)環(huán)壁面構(gòu)成內(nèi)環(huán)壁14;內(nèi)環(huán)壁14與發(fā)動機殼體12間距大于采用的燃料/空氣混合物的1倍胞格尺寸，同時內(nèi)環(huán)壁14下游端面與多管爆震室9下游端面在同一平 面；環(huán)狀多管爆震室9從其上游端面開始在內(nèi)環(huán)處開有環(huán)型空腔，固定導向器5a及徑 向渦輪4包于該環(huán)形空腔內(nèi)，固定導向器5a上游端面與爆震室9上游端面在同一平面， 同時內(nèi)環(huán)壁14插入固定導向器5a內(nèi)，內(nèi)環(huán)壁14到導流葉片5al的最短距離小于lmm， 導流葉片5al與徑向渦輪4的葉片最短距離小于lcm，徑向渦輪4葉片與內(nèi)環(huán)壁14最 小間距小于lmm，徑向渦輪4最大外緣直徑與內(nèi)環(huán)壁14上游端面最大尺寸相同；點火 系統(tǒng)8為火花塞點火，火花塞放電電極置于多管爆震室9內(nèi)， 一個爆震室對應(yīng)一個火 花塞；多管爆震室9出口連接噴管10;固定導向器5a外緣與發(fā)動機殼體12內(nèi)壁間的 間距也應(yīng)大于采用的燃料/空氣混合物的1倍胞格尺寸，在該間距內(nèi)包含一段多管爆震 室9 ，延軸向整個爆震室是等截面或漸擴的。
實施例1為單轉(zhuǎn)動系統(tǒng)(渦輪帶動壓氣機轉(zhuǎn)動)，有兩種工作模態(tài)(1)多管爆震 室9同時點火方式，發(fā)動機點火后，如圖2 (a)所示，后傳爆震波由噴管IO排出， 由于爆震室入口進氣閥7關(guān)閉，回傳爆震波將通過固定導向器5a驅(qū)動徑向渦輪4，燃 燒產(chǎn)物流入內(nèi)流道ll，進而排出發(fā)動機；徑向渦輪4帶動離心式壓氣機2a，離心式壓 氣機2a將來流空氣壓縮，由于其下游進氣閥關(guān)閉，壓縮后空氣流入擴壓緩沖腔3，從 而減弱進氣閥7關(guān)閉對離心式壓氣機2a工作特性的影響；當進氣閥7下游壓力降到一 定閾值，進氣閥打開，發(fā)動機進入混合物充填過程，如圖2 (b)所示；(2)多管分時 點火方式，當其中一爆震管點火時，如圖2 (c)所示中下方爆震管，該爆震管對應(yīng)的 進氣閥7關(guān)閉，前傳爆震波將驅(qū)動徑向渦輪4排入內(nèi)流道11;當進氣閥7下游壓力低 于一定閾值時，發(fā)動機進入混合物充填過程，當來流流入爆震室9時，其將與由固定 導向器流出的高溫產(chǎn)物參混預熱，從而提高發(fā)動機點火的可靠性。
實施例2:
如圖3所示，其由進氣裝置l、離心式壓氣機2a、擴壓緩沖腔3、徑向渦輪,4、旋 轉(zhuǎn)導向器I型5b、導流機匣6、點火系統(tǒng)8、多管爆震室9、噴管IO、內(nèi)流道ll、發(fā) 動機殼體12、齒輪傳動系統(tǒng)13組成。沿發(fā)動機的氣流方向，進氣裝置l位于發(fā)動機 殼體12最前端，離心式壓氣機2a位于發(fā)動機殼體12內(nèi)、進氣裝置l下游并與進氣裝 置l同軸布置；離心式壓氣機2a和徑向渦輪4通過公共軸相連，同時徑向渦輪4的渦
10輪盤在上游，其葉片沖下游；導流機匣6位于離心式壓氣機2a和旋轉(zhuǎn)導向器I型5b 之間，其上游端面外緣尺寸與離心壓氣機2a最大外尺寸相當，其下游端面外緣尺寸與 徑向渦輪4最大外尺寸相當；旋轉(zhuǎn)導向器I型5b位于導流機匣6下游并與徑向渦輪4 同軸，徑向渦輪4包于旋轉(zhuǎn)導向器I型5b內(nèi)部，連接徑向渦輪4與離心式壓氣機2a 的軸帶動齒輪傳動系統(tǒng)13，進而驅(qū)動導向器5b，導向器5b結(jié)構(gòu)如圖3(c)所示，其由 內(nèi)外環(huán)形成一個環(huán)形腔道，所述腔道又被四個隔段形成四個兩兩對稱流道，不對稱流 道間的面積比在0. 1-0. 5之間，其中面積較小的兩個相互對稱的流道的上端面以光滑 導流面封死，并在其流道內(nèi)下游內(nèi)環(huán)壁上沿整個圓弧段開有孔，沿軸線方向的開孔長 度與徑向渦輪4外緣處葉片長度相當，導向器5b下游內(nèi)環(huán)與內(nèi)環(huán)壁14間距小于lmm， 內(nèi)環(huán)壁14插于導向器5b內(nèi)，導向器5b外環(huán)與發(fā)動機殼體12間距小于lmm，本實施 例發(fā)動機外尺寸小于實施例1;擴壓緩沖腔3開始于離心式壓氣機2a下游，終止于旋 轉(zhuǎn)導向器5b上游，由導流機匣6和發(fā)動機殼體12圍成的環(huán)形腔道，且擴壓緩沖腔3 出口截面積大于壓氣機與發(fā)動機殼體12內(nèi)壁形成的氣流流道的最小面積；多管爆震室 9位于進氣旋轉(zhuǎn)導向器5b下游，多管爆震室9出口連接噴管10;點火系統(tǒng)8為火花塞 點火，火花塞放電電極置于多管爆震室9內(nèi)， 一個爆震室對應(yīng)一個火花塞；內(nèi)流道ll 由環(huán)狀分布的多管爆震室9的內(nèi)環(huán)壁14圍成，內(nèi)流道11上游為徑向渦輪4，徑向渦 輪4葉片與內(nèi)環(huán)壁14最小間距小于Iran,徑向渦輪4最大外徑與內(nèi)流道11最大內(nèi)徑 相當。相較于實施例1，該結(jié)構(gòu)較復雜，其為雙轉(zhuǎn)動系統(tǒng)(壓氣機渦輪轉(zhuǎn)動與進氣旋 轉(zhuǎn)導向器5b轉(zhuǎn)動)，由于實施例2的工作時序控制通過旋轉(zhuǎn)進氣旋轉(zhuǎn)導向器5b來實現(xiàn)， 故在同一時間，多管爆震室9中的部分爆震管處于點火爆震過程，如圖3(a)所示，而 部分爆震管處于混合物充填過程如圖3(b)所示對于處于點火爆震過程的爆震管(圖 3(a))，由于旋轉(zhuǎn)導向器I型5b的作用，該爆震管與擴壓緩沖腔3間阻隔，但與徑向 渦輪4相連通，故點火后后傳爆震波由發(fā)動機噴管IO排出，回傳爆震波經(jīng)導向器5b 引入徑向渦輪4，并進而驅(qū)動徑向渦輪4，最終流入內(nèi)流道ll，徑向渦輪4帶動離心 式壓氣機2a，離心式壓氣機2a將來流空氣壓縮，進而流入擴壓緩沖腔3，由于處于點 火的爆震管與擴壓緩沖腔3間受已封閉導向器5b阻隔，被阻隔的空氣將通過環(huán)形的擴 壓緩沖腔3流入其他待充填爆震管；對于處于混合物充填過程的爆震管，導向器5b 將爆震管與徑向渦輪4阻隔，將爆震管與擴壓緩沖腔3導通，可爆混氣開始充填爆震管，而發(fā)動機內(nèi)流道11仍然流動著由處于點火爆震過程的爆震管經(jīng)徑向渦輪4排出的 燃燒產(chǎn)物。
實施例3:
如圖4所示，其由進氣裝置l、離心式壓氣機2a、擴壓緩沖腔3、徑向渦輪4、旋 轉(zhuǎn)導向器II型5c、導流機匣6、點火系統(tǒng)8、多管爆震室9、噴管IO、內(nèi)流道ll、發(fā) 動機殼體12、齒輪傳動系統(tǒng)13組成。沿發(fā)動機的氣流方向，進氣裝置1位于發(fā)動機 殼體12最前端，離心式壓氣機2a位于發(fā)動機殼體12內(nèi)、進氣裝置1下游并與進氣裝 置l同軸布置；離心式壓氣機2a和徑向渦輪4通過公共軸相連，同時徑向渦輪4的渦 輪盤在上游，其葉片沖下游；導流機匣6位于離心式壓氣機2a和旋轉(zhuǎn)導向器I型5b 之間，其上游端面外緣尺寸與離心壓氣機2a最大外尺寸相當，其下游端面外緣尺寸與 徑向渦輪4最大外尺寸相當；旋轉(zhuǎn)導向器II型5c位于導流機匣6下游并與徑向渦輪 4同軸，徑向渦輪4包于旋轉(zhuǎn)導向器II型5c內(nèi)部，連接徑向渦輪4與離心式壓氣機 2a的軸帶動齒輪傳動系統(tǒng)13，進而驅(qū)動導向器5c，旋轉(zhuǎn)導向器II型5c結(jié)構(gòu)如圖4(c) 所示，其由進氣盤5cl和導流環(huán)5c2組成，進氣盤5cl為中空圓盤，位于導向器5c 的上游，其上開有對稱扇段進氣槽，以實現(xiàn)對多管爆震室9的混合物充填，其開槽面 積與不開槽面積比在2-IO之間，導流環(huán)5c2為開有對稱導流槽的圓環(huán)，以將多管爆震 室9與徑向渦輪4導通，導流槽沿圓周方向開孔扇段對應(yīng)的圓周角與進氣盤5cl上的 未開孔扇段對應(yīng)圓周角相當，導流槽開孔扇段所處圓周相位與進氣盤5cl上的未開孔 扇段所處圓周相位間的相位差在正負IO度之內(nèi)，導流環(huán)5c2與內(nèi)環(huán)壁14間距小于lmm， 內(nèi)環(huán)壁14插于導流環(huán)5c2內(nèi)，導流環(huán)5c2外緣與發(fā)動機殼體12間距小于lnun;擴壓 緩沖腔3開始于離心式壓氣機2a下游，終止于旋轉(zhuǎn)導向器II型5c上游，由導流機匣 6和發(fā)動機殼體12圍成的環(huán)形腔道，且擴壓緩沖腔3出口截面積大于壓氣機與發(fā)動機 殼體12內(nèi)壁形成的氣流流道的最小面積；多管爆震室9位于進氣盤5cl下游端面，其 上游頭部留有環(huán)型空腔，以便于導流環(huán)5c2插于多管爆震室9頭部進行旋轉(zhuǎn)，多管爆 震室9出口連接噴管10;點火系統(tǒng)8為火花塞點火，火花塞放電電極置于多管爆震室 9內(nèi)， 一個爆震室對應(yīng)一個火花塞；內(nèi)流道ll由環(huán)狀分布的多管爆震室9的內(nèi)環(huán)壁14 圍成，內(nèi)流道11上游為徑向渦輪4，徑向渦輪4葉片與內(nèi)環(huán)壁14最小間距小于1腿，徑向渦輪4最大外徑與內(nèi)流道11最大內(nèi)徑相當。 實施例4:
如圖5所示，包括進氣裝置l、軸流壓氣機2b、擴壓緩沖腔3、徑向渦輪4、固定 導向器5a、導流機匣6、進氣閥7、點火系統(tǒng)8、多管爆震室9、噴管10、內(nèi)流道11、 發(fā)動機殼體12及內(nèi)環(huán)壁14。沿發(fā)動機的氣流方向，進氣裝置1位于發(fā)動機殼體12最 前端，軸流壓氣機2b位于發(fā)動機殼體12內(nèi)、進氣裝置1下游并與進氣裝置1同軸布 置；軸流壓氣機2b和徑向渦輪4通過公共軸相連，同時徑向渦輪4的渦輪盤在上游， 其葉片沖下游；導流機匣6位于軸流壓氣機2b和徑向渦輪4之間，其上游端面外緣尺 寸與軸流壓氣機2a葉片的葉根處圓周尺寸相當，其下游端面外緣尺寸與固定導向器 5a最大外緣尺寸相當；固定導向器5a固定于導流機匣6下游端面，與徑向渦輪4同 軸，圖2 (e)為固定導向器5a的結(jié)構(gòu)圖，進氣閥7位于導流機匣6和發(fā)動機殼體12 內(nèi)壁包圍形成的氣流流路內(nèi)，并在壓氣機和徑向渦輪4位置之間；擴壓緩沖腔3開始 于離心式壓氣機2a下游，終止于進氣閥7上游，由導流機匣6和發(fā)動機殼體12圍成 的環(huán)形腔道，且擴壓緩沖腔3出口截面積大于壓氣機與發(fā)動機殼體12內(nèi)壁形成的氣流 流道的最小面積；多管爆震室9在進氣閥7下游，由多個獨立爆震管沿圓周管環(huán)形分 布而構(gòu)成，該環(huán)狀多管爆震室9的外環(huán)壁面為部分發(fā)動機殼體12，其內(nèi)環(huán)壁面構(gòu)成內(nèi) 環(huán)壁14;環(huán)狀多管爆震室9從其上游端面開始在內(nèi)環(huán)處開有環(huán)型空腔，固定導向器5a 及徑向渦輪4包于該環(huán)形空腔內(nèi)，固定導向器5a上游端面與爆震室9上游端面在同一 平面，同時內(nèi)環(huán)壁14插入固定導向器5a內(nèi)；點火系統(tǒng)8為火花塞點火，火花塞放電 電極置于多管爆震室9內(nèi)， 一個爆震室對應(yīng)一個火花塞；多管爆震室9出口連接噴管 10。
權(quán)利要求
1、一種渦輪組合脈沖爆震發(fā)動機，包括進氣裝置、壓氣機、擴壓緩沖腔、徑向渦輪、導向器、導流機匣、進氣閥、點火系統(tǒng)、多管爆震室、噴管、內(nèi)流道、發(fā)動機殼體及內(nèi)環(huán)壁，其特征在于沿發(fā)動機的氣流方向，進氣裝置位于發(fā)動機殼體最前端，壓氣機位于發(fā)動機殼體內(nèi)、進氣裝置下游并與進氣裝置同軸布置；壓氣機和徑向渦輪通過公共軸相連，徑向渦輪的渦輪盤在上游，葉片向下游；導流機匣是壓氣機和徑向渦輪間的平滑過渡殼體；導向器與徑向渦輪同軸，位于導流機匣與徑向渦輪之間；進氣閥位于導流機匣和發(fā)動機殼體內(nèi)壁包圍形成的氣流流路內(nèi)，并在壓氣機和徑向渦輪位置之間；擴壓緩沖腔開始于壓氣機下游，終止于進氣閥上游，是由導流機匣和發(fā)動機殼體圍成的環(huán)形腔道，擴壓緩沖腔出口截面積應(yīng)大于壓氣機與發(fā)動機殼體內(nèi)壁形成的氣流流道的最小面積；多管爆震室在進氣閥下游，由多個獨立爆震管沿圓周管環(huán)形分布而構(gòu)成，該環(huán)狀多管爆震室的外環(huán)壁面為部分發(fā)動機殼體，其內(nèi)環(huán)壁面構(gòu)成內(nèi)環(huán)壁，內(nèi)環(huán)壁與發(fā)動機殼體的間距應(yīng)大于采用的燃料/空氣混合物的1倍胞格尺寸，同時內(nèi)環(huán)壁下游端面與多管爆震室下游端面在同一平面；環(huán)狀多管爆震室從其上游端面開始在內(nèi)環(huán)處開有環(huán)型空腔，導向器及徑向渦輪包于該環(huán)形空腔內(nèi)，徑向渦輪葉片與內(nèi)環(huán)壁最小間距小于1mm，徑向渦輪最大外緣直徑與內(nèi)環(huán)壁上游端面最大尺寸相同；徑向渦輪下游為內(nèi)流道，內(nèi)流道由內(nèi)環(huán)壁所包圍形成，內(nèi)環(huán)壁上游插入導向器內(nèi)，插入深度為0.2～0.6倍的導向器軸向長度；點火系統(tǒng)為多管爆震室的點火裝置，一個爆震管對應(yīng)一個點火系統(tǒng)；多管爆震室出口連接噴管。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪組合脈沖爆震發(fā)動機，其特征在于所述 的壓氣機采用離心式壓氣機，導向器采用固定導向器，固定導向器由導流葉片 和基座組成，基座固定在導流機匣下游端面，導流葉片沖下游。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪組合脈沖爆震發(fā)動機，其特征在于所述 的壓氣機采用離心式壓氣機，去除進氣閥，導向器采用旋轉(zhuǎn)導向器I型，旋轉(zhuǎn) 導向器I型是由內(nèi)外環(huán)形成一個環(huán)形腔道，所述腔道又被四個隔段形成四個兩 兩對稱流道，其中面積較小的兩個相互對稱的流道的上端面以光滑導流面封 死，并在其流道內(nèi)下游內(nèi)環(huán)壁上沿整個圓弧段幵有孔；連接徑向渦輪與離心式壓氣機的軸帶動齒輪傳動系統(tǒng)，進而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)導向器I型；擴壓緩沖腔3開始于離心式壓氣機下游，終止于旋轉(zhuǎn)導向器I型上游。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種渦輪組合脈沖爆震發(fā)動機，其特征在于所述的導向器采用旋轉(zhuǎn)導向器II型，旋轉(zhuǎn)導向器II型由進氣盤和導流環(huán)組成，進 氣盤為中空圓盤，位于導向器的上游，其上開有對稱扇段進氣槽，導流環(huán)為進 氣盤下游開有對稱導流槽的圓環(huán)，內(nèi)環(huán)壁插于導流環(huán)內(nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任意一項所述的一種渦輪組合脈沖爆震發(fā)動機，其 特征在于所述的壓氣機采用軸流式壓氣機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種渦輪組合脈沖爆震發(fā)動機，進氣裝置位于發(fā)動機殼體最前端，壓氣機位于進氣裝置下游與進氣裝置同軸；壓氣機和徑向渦輪共軸；導流機匣是壓氣機和徑向渦輪間的平滑過渡殼體；導向器位于導流機匣與徑向渦輪之間；進氣閥位于導流機匣和發(fā)動機殼體內(nèi)壁之間；擴壓緩沖腔開始于壓氣機下游，終止于進氣閥上游；多管爆震室在進氣閥下游，外環(huán)壁面為部分發(fā)動機殼體，內(nèi)環(huán)壁面構(gòu)成內(nèi)環(huán)壁；徑向渦輪下游為內(nèi)流道；點火系統(tǒng)為多管爆震室的點火裝置；多管爆震室出口連接噴管。本發(fā)明最長不超過壓氣機最大外緣直徑對應(yīng)的長度，可大大減落爆震循環(huán)與渦輪工作的耦合作用，具有較高的工作頻率，有利于功率的提取。
文檔編號F02C3/04GK101514656SQ20091002178
公開日2009年8月26日 申請日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者嚴傳俊, 瑋 范, 華 邱, 鄭龍席 申請人:西北工業(yè)大學