一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置，包括從左至右依次相連的脈沖爆震燃燒室、尾噴管和多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)；其中，脈沖爆震燃燒室包括從左至右依次相連的燃燒室頭部端蓋、燃燒室點火段、燃燒室起爆段和燃燒室爆震段，燃燒室爆震段的右端與尾噴管相連；燃燒室頭部端蓋上設(shè)有主噴嘴，主噴嘴上設(shè)有主噴嘴空氣管路和主噴嘴燃料管路；燃燒室點火段的周向上設(shè)有火花塞；燃燒室起爆段和燃燒室爆震段的周向沿軸向方向上等間距設(shè)有若干輔助噴嘴，輔助噴嘴上設(shè)有輔助噴嘴空氣管路和輔助噴嘴燃料管路。本發(fā)明可減小燃燒室的填充時間，提高發(fā)動機(jī)的工作頻率，增加發(fā)動機(jī)單位時間所產(chǎn)生的推力；此外，在尾噴管設(shè)計了多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)的推力。
【專利說明】一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置。
【【背景技術(shù)】】
[0002]爆震燃燒是燃燒的另一種方式，其與緩燃燃燒過程不同，爆震燃燒過程非常迅速，可產(chǎn)生超聲速燃燒波，即爆震波。爆震波的傳播是通過沖擊波對可爆震混合物逐層強(qiáng)烈沖擊壓縮作用使其發(fā)生高速化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)的，因此可以認(rèn)為爆震波是耦合化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)激波。爆震燃燒的傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于緩燃燃燒的傳播速度，一般在103m/s量級。與緩燃燃燒相比，爆震燃燒具有自增壓、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤臁⑷紵矢?、污染物排放低等?yōu)點，將爆震燃燒替代傳統(tǒng)動力裝置中的等壓燃燒，開發(fā)基于爆震循環(huán)的新型動力裝置可提高現(xiàn)有能源的利用效率。
[0003]脈沖爆震發(fā)動機(jī)是一種利用間歇性爆震燃燒產(chǎn)生高溫、高壓燃?xì)鈦懋a(chǎn)生推力的新概念推進(jìn)裝置。按照是否自帶氧化劑，脈沖爆震發(fā)動機(jī)分為吸氣式脈沖爆震發(fā)動機(jī)和火箭式脈沖爆震發(fā)動機(jī)。爆震燃燒的起爆方式分為直接起爆和間接起爆兩種，前者需要巨大的點火能量，后者則通過爆燃向爆震轉(zhuǎn)變逐漸形成爆震波，即先采用較小的點火能量形成爆燃波，然后通過火焰與壓縮波在爆震室內(nèi)的相互作用最終形成爆震波，這段從爆燃向爆震轉(zhuǎn)變的距離稱為DDT，DDT的長短主要由燃燒室大小和燃料特性等參數(shù)決定?？紤]到實用性，脈沖爆震發(fā)動機(jī)一般采用間接起爆的方式獲得爆震波，這使燃燒室的長度必須大于DDT，為了保證燃燒室燃料大部分是以爆震燃燒釋熱，一般設(shè)計燃燒室長度為DDT距離的4至5倍。而傳統(tǒng)吸氣式和火箭式脈沖爆震發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣方式都采用從脈沖爆震燃燒室頭部進(jìn)氣的方式，這在某種程度上影響了燃燒室的填充時間，致使發(fā)動機(jī)工作頻率隨燃燒室長度的增加而減小。同時由于脈沖爆震發(fā)動機(jī)工作頻率不高，與傳統(tǒng)一直處于填充、燃燒狀態(tài)的等壓燃燒室相比，傳統(tǒng)脈沖爆震發(fā)動機(jī)燃燒室在單位時間內(nèi)填充的燃料較小，致使脈沖爆震發(fā)動機(jī)單位時間內(nèi)產(chǎn)生的推力較低，這阻止了脈沖爆震發(fā)動機(jī)的應(yīng)用步伐。
[0004]綜述分析可看出，雖然爆震燃燒與傳統(tǒng)等壓燃燒相比具有優(yōu)勢，但脈沖爆震發(fā)動機(jī)仍存在以下主要問題:1)脈沖爆震發(fā)動機(jī)工作頻率低，易受燃燒室長度限制；2)脈沖爆震發(fā)動機(jī)單位時間產(chǎn)生的推力較小。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)脈沖爆震發(fā)動機(jī)工作頻率低、頻率受燃燒室長度限制、發(fā)動機(jī)單位時間產(chǎn)生的推力小等問題，提供了一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置，其能縮短脈沖爆震燃燒室的填充時間，增加發(fā)動機(jī)單位時間內(nèi)產(chǎn)生的推力，同時可解決發(fā)動機(jī)工作頻率受限于燃燒室長度的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置，包括從左至右依次相連的脈沖爆震燃燒室、尾噴管和多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)；其中，[0008]脈沖爆震燃燒室包括從左至右依次相連的燃燒室頭部端蓋、燃燒室點火段、燃燒室起爆段和燃燒室爆震段，燃燒室爆震段的右端與尾噴管相連；燃燒室頭部端蓋上設(shè)有主噴嘴，主噴嘴上設(shè)有主噴嘴空氣管路和主噴嘴燃料管路；燃燒室點火段的周向上設(shè)有火花塞；燃燒室起爆段和燃燒室爆震段的周向沿軸向方向上等間距設(shè)有若干輔助噴嘴，輔助噴嘴上設(shè)有輔助噴嘴空氣管路和輔助噴嘴燃料管路。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:尾噴管為收斂形噴管，收縮比為1.2至1.5，收斂角為6至10度。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:多級串聯(lián) 增推結(jié)構(gòu)包括從左至右依次相連的一級增推器、二級增推器和三級增推器。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:一級增推器包括第一弧形進(jìn)氣端面和第一軸對稱直噴管，二級增推器包括第二弧形進(jìn)氣端面和第二軸對稱直噴管，三級增推器包括第三弧形進(jìn)氣端面和第三軸對稱直噴管；若干多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)連桿均勻設(shè)置在第一弧形進(jìn)氣端面的周向，若干多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)支板的一端與對應(yīng)的多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)連桿相連，其另一端與脈沖爆震燃燒室尾部相連；若干第一級間增推器連桿均勻設(shè)置在第二弧形進(jìn)氣端面的周向，若干第一級間增推器支板的一端與對應(yīng)的第一級間增推器連桿相連，其另一端與第一軸對稱直噴管相連；若干第二級間增推器連桿均勻設(shè)置在第三弧形進(jìn)氣端面的周向，若干第二級間增推器支板的一端與對應(yīng)的第二級間增推器連桿相連，其另一端與第二軸對稱直噴管相連。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)支板與多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)連桿的數(shù)量均為4個，第一級間增推器支板與第一級間增推器連桿的數(shù)量均為4個，第二級間增推器支板與第二級間增推器連桿的數(shù)量均為4個。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于:燃燒室起爆段的內(nèi)壁上設(shè)有第一螺旋形障礙物，燃燒室爆震段的內(nèi)壁上設(shè)有第二螺旋形障礙物，且第一螺旋形障礙物的螺距小于第二螺旋形障礙物的螺距。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置，其除在燃燒室頭部設(shè)計有燃料噴嘴外，還在燃燒室起爆段和爆震段等間距設(shè)計了多個輔助燃料噴嘴，將燃燒室分成多個小區(qū)間，每個噴嘴負(fù)責(zé)一個區(qū)間的燃料供給，可減小燃燒室的填充時間，提高發(fā)動機(jī)的工作頻率，增加發(fā)動機(jī)單位時間所產(chǎn)生的推力；此外，在脈沖爆震燃燒室尾部設(shè)計了多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)的推力。
[0015]進(jìn)一步地，因燃燒室內(nèi)螺旋形障礙物爆震波強(qiáng)化結(jié)構(gòu)采用變螺距設(shè)計，可在減小發(fā)動機(jī)燃燒室流阻的前提下縮短燃燒室爆燃向爆震轉(zhuǎn)變的DDT距離。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0016]圖1是本發(fā)明一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置的整體構(gòu)成圖；
[0017]圖2是表示圖1所示的動力裝置的多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)簡圖；。
[0018]圖3是圖2的A-A向視圖。
[0019]其中:1、主噴嘴空氣管路；2、主噴嘴燃料管路；3、主噴嘴；4、燃燒室頭部端蓋；5、脈沖爆震燃燒室；6、火花塞；7、燃燒室點火段；8、輔助噴嘴燃料管路；9、輔助噴嘴空氣管路；10、燃燒室起爆段；11、第一螺旋形障礙物；12、輔助噴嘴；13、第二螺旋形障礙物；14、燃燒室爆震段；15、多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)支板；16、多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)連桿；17、尾噴管；18、多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)；19、燃?xì)饬髀罚?0、第一弧形進(jìn)氣端面；21、第一軸對稱直噴管；22、一級增推器；23、第一級間增推器支板；24、第一級間增推器連桿；25、第二弧形進(jìn)氣端面；26、第二軸對稱直噴管；27、二級增推器；28、第二級間增推器支板；29、第二級間增推器連桿；30、第三弧形進(jìn)氣端面；31、第三軸對稱直噴管；32、三級增推器。
【【具體實施方式】】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]參見圖1至圖3，本發(fā)明一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置，包括從左至右依次相連的脈沖爆震燃燒室5、尾噴管17和多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)18。
[0022]其中，脈沖爆震燃燒室5包括從左至右依次相連的燃燒室頭部端蓋4、燃燒室點火段7、燃燒室起爆段10和燃燒室爆震段14，燃燒室爆震段14的右端與尾噴管17相連；燃燒室頭部端蓋4上設(shè)有主噴嘴3，主噴嘴3上設(shè)有主噴嘴空氣管路I和主噴嘴燃料管路2 ;燃燒室點火段7的周向上設(shè)有火花塞6 ;燃燒室起爆段10和燃燒室爆震段14的周向沿軸向方向上等間距設(shè)有若干輔助噴嘴12，輔助噴嘴12上設(shè)有輔助噴嘴空氣管路9和輔助噴嘴燃料管路8。這樣主噴嘴3和輔助噴嘴12可同時對燃燒室進(jìn)行填充，使得每個噴嘴僅需負(fù)責(zé)燃燒室一小段空間的燃料供給，可減小燃燒室填充時間，提高發(fā)動機(jī)工作頻率。
[0023]進(jìn)一步地，尾噴管17為收斂形噴管，收縮比為1.2至1.5，收斂角為6至10度。燃燒室起爆段10的內(nèi)壁上設(shè)有第一螺旋形障礙物11，燃燒室爆震段14的內(nèi)壁上設(shè)有第二螺旋形障礙物13，且第一螺旋形障礙物11的螺距小于第二螺旋形障礙物13的螺距。由于障礙物強(qiáng)化結(jié)構(gòu)螺距越小 ，燃燒室內(nèi)可燃混合氣體湍流度越大，氣流之間的熱交換強(qiáng)度則越強(qiáng)烈，故可縮短爆燃向爆震的轉(zhuǎn)變距離DDT，但螺距越小發(fā)動機(jī)內(nèi)部流阻越大，因此采用變螺距設(shè)計后，可在降低發(fā)動機(jī)流阻的同時縮短DDT距離。
[0024]參見圖2和圖3，多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)18包括從左至右依次相連的一級增推器22、二級增推器27和三級增推器32。其中，一級增推器22包括第一弧形進(jìn)氣端面20和第一軸對稱直噴管21，二級增推器27包括第二弧形進(jìn)氣端面25和第二軸對稱直噴管26，三級增推器32包括第三弧形進(jìn)氣端面30和第三軸對稱直噴管31 ；4個多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)連桿16均勻設(shè)置在第一弧形進(jìn)氣端面20的周向，4個多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)支板15的一端與對應(yīng)的多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)連桿16相連，其另一端與脈沖爆震燃燒室5尾部相連；4個第一級間增推器連桿24均勻設(shè)置在第二弧形進(jìn)氣端面25的周向，4個第一級間增推器支板23的一端與對應(yīng)的第一級間增推器連桿24相連，其另一端與第一軸對稱直噴管21相連；4個第二級間增推器連桿29均勻設(shè)置在第三弧形進(jìn)氣端面30的周向，4個第二級間增推器支板28的一端與對應(yīng)的第二級間增推器連桿29相連,其另一端與第二軸對稱直噴管26相連。
[0025]高速脈沖爆震燃?xì)鈴奈矅姽?7排出進(jìn)入一級增推器22時，由于氣流粘性力的作用，必然帶動弧形進(jìn)氣端面20上游的空氣吸入發(fā)動機(jī)，導(dǎo)致弧形進(jìn)氣端面20上游空氣總壓的動壓增加，靜壓降低，而弧形進(jìn)氣端面20下游空氣的靜壓不變，這必然在弧形進(jìn)氣端面20處由于壓力差而產(chǎn)生附加的推力。其中，箭頭方向為燃?xì)饬髀?9。
[0026]為了對本發(fā)明進(jìn)一步了解，現(xiàn)結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0027]本發(fā)明一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置，包括脈沖爆震燃燒室5、尾噴管17和多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)18。脈沖爆震燃燒室5主要由燃燒室頭部端蓋4、燃燒室點火段7、燃燒室起爆段10和燃燒室爆震段14構(gòu)成，本實施例中燃燒室直徑為60mm，長1300mm ;燃燒室頭部端蓋4位于本實施例的最前端，在其中心位置處安裝有主噴嘴3 ;燃燒室點火段7位于燃燒室頭部端蓋4的下游，長300mm，在燃燒室點火段7軸向位置的正中間處安裝有點火用火花塞6 ;燃燒室起爆段10位于燃燒室點火段7的下游，長400mm，在其內(nèi)部布置有螺距為50mm、直徑為8mm的第一螺旋形障礙物11 ;燃燒室爆震段14位于燃燒室點起爆段10的下游，長600mm,內(nèi)部裝有螺距為80mm、直徑為8mm的第二螺旋形障礙物13 ;同時在燃燒室起爆段10和燃燒室爆震段14的軸向位置等間距設(shè)計了七個輔助噴嘴12，各輔助噴嘴12間的距離為120mm ;尾噴管17位于燃燒室爆震段下游，收縮比為1.5，收斂角為6度；多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)18與燃燒室同軸布置在尾噴管17下游，通過燃燒室爆震段14尾部周向均勻布置的四個多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)支板15和多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)連桿16與脈沖爆震燃燒室5構(gòu)成一個整體。
[0028]本實施例即可用于吸氣式脈沖爆震發(fā)動機(jī)，也適用于火箭式脈沖爆震發(fā)動機(jī)。本實施例高頻脈沖爆震燃燒動力裝置的工作過程為:打開主噴嘴3和各輔助噴嘴12的空氣及燃料管路，對脈沖爆震燃燒室5快速填充燃料，待燃料填充完成后，關(guān)閉主噴嘴3和各輔助噴嘴12的空氣及燃料管路，同時由火花塞6點燃燃燒室內(nèi)可燃混合氣體，在燃燒室點火段7形成爆燃波，爆燃波經(jīng)燃燒室起爆段10內(nèi)小螺距螺旋形障礙物11強(qiáng)化后逐漸轉(zhuǎn)變成爆震波，爆震波再經(jīng)燃燒室爆震段14內(nèi)第二螺旋形障礙物13進(jìn)一步強(qiáng)化后從尾噴管17加速排出，在氣流粘性力作用下，高速噴出的爆震燃?xì)鈳游矅姽?7周圍的空氣吸入發(fā)動機(jī)，導(dǎo)致一級增推器22的弧形進(jìn)氣端面20處形成靜壓差，進(jìn)而產(chǎn)生附加推力，高速燃?xì)饨?jīng)一級增推器22后進(jìn)一步帶動二級增推器27和三級增推器32的弧形進(jìn)氣端面上游的空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)，并在各級增推結(jié)構(gòu)的弧形進(jìn)氣端面處產(chǎn)生附加推力，最終燃?xì)鈴娜壴鐾破?2的軸對稱直噴管31處排出至大氣，待爆震燃?xì)馔耆懦霭l(fā)動機(jī)后，打開主噴嘴3和各輔助噴嘴12的主噴嘴空氣管路I和輔助噴嘴空氣管路9，在爆震室內(nèi)填充吹熄隔離氣體，然后再打開主噴嘴3和各輔助噴嘴12的主噴嘴燃料管路2和輔助噴嘴燃料管路8，開始新一輪脈沖爆震燃燒室的燃料填充，如此反復(fù)循環(huán)工作。因本實施例中共采用了 8個燃料噴嘴，與傳統(tǒng)僅采用燃燒室頭部I個噴嘴的脈沖爆震發(fā)動機(jī)相比，本實施例發(fā)動機(jī)的工作頻率至少可提高七倍。
【權(quán)利要求】
1.一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置，其特征在于:包括從左至右依次相連的脈沖爆震燃燒室(5)、尾噴管(17)和多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)(18);其中， 脈沖爆震燃燒室(5)包括從左至右依次相連的燃燒室頭部端蓋(4)、燃燒室點火段(7)、燃燒室起爆段(10)和燃燒室爆震段(14)，燃燒室爆震段(14)的右端與尾噴管(17)相連；燃燒室頭部端蓋(4)上設(shè)有主噴嘴(3)，主噴嘴(3)上設(shè)有主噴嘴空氣管路(I)和主噴嘴燃料管路⑵；燃燒室點火段(7)的周向上設(shè)有火花塞(6);燃燒室起爆段(10)和燃燒室爆震段(14)的周向沿軸向方向上等間距設(shè)有若干輔助噴嘴(12)，輔助噴嘴(12)上設(shè)有輔助噴嘴空氣管路(9)和輔助噴嘴燃料管路(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置，其特征在于:尾噴管(17)為收斂形噴管，收縮比為1.2至1.5，收斂角為6至10度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置，其特征在于:多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)(18)包括從左至右依次相連的一級增推器(22)、二級增推器(27)和三級增推器(32)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置，其特征在于:一級增推器(22)包括第一弧形進(jìn)氣端面(20)和第一軸對稱直噴管(21)，二級增推器(27)包括第二弧形進(jìn)氣端面(25)和第二軸對稱直噴管(26)，三級增推器(32)包括第三弧形進(jìn)氣端面(30)和第三軸對稱直噴管(31);若干多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)連桿(16)均勻設(shè)置在第一弧形進(jìn)氣端面(20)的周向，若干多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)支板(15)的一端與對應(yīng)的多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)連桿(16)相連，其另一端與脈沖爆震燃燒室(5)尾部相連；若干第一級間增推器連桿(24)均勻設(shè)置在第二弧形進(jìn)氣端面(25)的周向，若干第一級間增推器支板(23)的一端與對應(yīng)的第一級間增推器連桿(24)相連，其另一端與第一軸對稱直噴管(21)相連；若干第二級間增推器連桿(29)均勻設(shè)置在第三弧形進(jìn)氣端面(30)的周向，若干第二級間增推器支板(28)的一端與對應(yīng)的第二級間增推器連桿(29)相連,其另一端與第二軸對稱直噴管(26)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置，其特征在于:多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)支板(15)與多級串聯(lián)增推結(jié)構(gòu)連桿(16)的數(shù)量均為4個，第一級間增推器支板(23)與第一級間增推器連桿(24)的數(shù)量均為4個，第二級間增推器支板(28)與第二級間增推器連桿(29)的數(shù)量均為4個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的一種高頻脈沖爆震燃燒動力裝置，其特征在于:燃燒室起爆段(10)的內(nèi)壁上設(shè)有第一螺旋形障礙物(11)，燃燒室爆震段(14)的內(nèi)壁上設(shè)有第二螺旋形障礙物(13)，且第一螺旋形障礙物(11)的螺距小于第二螺旋形障礙物(13)的螺距。
【文檔編號】F02K9/42GK104033286SQ201410245244
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】李曉豐, 肖俊峰, 王峰, 段靜瑤 申請人:西安熱工研究院有限公司