組合循環(huán)發(fā)動的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種組合循環(huán)發(fā)動機，包括：外殼；固定導(dǎo)向柱；連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機，作為引射裝置。外殼設(shè)置有空氣入口、超聲速噴口。固定導(dǎo)向柱設(shè)置有燃料入口、氧化劑入口。連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機包括中心錐體、燃料收集管、多個燃料輸送通道、燃料進管、多個燃料噴口、環(huán)體。中心錐體具有前體、后體。殼體圍繞整個后體及部分前體的外表面固定設(shè)置并與整個后體及部分前體的外表面圍成軸向延伸的第一燃燒室，第一燃燒室在軸向上的末端為出口，外殼內(nèi)的位于殼體與中心錐體的后體后方的空間形成第二燃燒室，第一燃燒室經(jīng)由出口連通于第二燃燒室，第二燃燒室連通空氣入口。由此能夠提高引射裝置的引射效率、簡化引射裝置的結(jié)構(gòu)。
【專利說明】組合循環(huán)發(fā)動機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種發(fā)動機，尤其涉及一種組合循環(huán)發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，組合循環(huán)發(fā)動機的概念越來越多的浮現(xiàn)在人們面前。由于組合循環(huán)發(fā)動機能充分發(fā)揮多種發(fā)動機各自所具備的性能優(yōu)勢。在當(dāng)前世界所開展的對組合循環(huán)發(fā)動機的研究中，比較熱門的組合形式主要以火箭沖壓組合循環(huán)發(fā)動機和渦輪沖壓組合循環(huán)發(fā)動機為主。然而在實際工程使用過程中，渦輪沖壓組合循環(huán)發(fā)動機由于組成部件十分復(fù)雜，同時對渦輪發(fā)動機技術(shù)要求也過于苛刻而受到很大的發(fā)展限制；而火箭沖壓組合循環(huán)發(fā)動機雖然結(jié)構(gòu)相對簡單，但其整體性能已無法再進一步提高。
實用新型內(nèi)容
[0003]鑒于【背景技術(shù)】中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種組合循環(huán)發(fā)動機，由于使用連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機作為引射裝置，從而提高了組合循環(huán)發(fā)動機的熱力學(xué)效率。
[0004]本實用新型的另一目的在于提供一種組合循環(huán)發(fā)動機，其能提高引射裝置的引射效率。
[0005]本實用新型的再一目的在于提供一種組合循環(huán)發(fā)動機，其能簡化引射裝置的結(jié)構(gòu)。
[0006]本實用新型的又一目的在于提供一種組合循環(huán)發(fā)動機，其能提高動力系統(tǒng)的經(jīng)濟性能。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種組合循環(huán)發(fā)動機，其包括:外殼；固定導(dǎo)向柱；以及連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機，作為引射裝置。外殼設(shè)置有:空氣入口，設(shè)置于外殼的前端，呈環(huán)形，連通外部大氣；以及超聲速噴口，設(shè)置于外殼的后端。固定導(dǎo)向柱設(shè)置有:燃料入口，設(shè)置于固定導(dǎo)向柱的外側(cè)表面上，連通外部的燃料供給裝置；以及氧化劑入口，設(shè)置于固定導(dǎo)向柱的外側(cè)表面上，連通外部的氧化劑供給裝置。連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機包括中心錐體、燃料收集管、多個燃料輸送通道、燃料進管、多個燃料噴口、以及環(huán)體。中心錐體具有:前體，從外殼的前端伸出且后部連接于固定導(dǎo)向柱；以及后體，位于外殼中，呈實心圓柱體，且與前體成為一體。殼體圍繞整個后體及部分前體的外表面固定設(shè)置并與整個后體及部分前體的外表面圍成軸向延伸的第一燃燒室，第一燃燒室在軸向上的末端為出口，夕卜殼內(nèi)的位于殼體與中心錐體的后體后方的空間形成第二燃燒室，第一燃燒室經(jīng)由出口連通于第二燃燒室，第二燃燒室連通空氣入口。燃料收集管設(shè)置在中心錐體的前體和后體之間并位于中心錐體的前體和后體內(nèi)部，連通燃料入口，收集由燃料入口輸入的燃料。所述多個燃料輸送通道設(shè)置在中心錐體的前體和后體之間并位于中心錐體的前體和后體內(nèi)部且周向分布、徑向延伸，各燃料輸送通道的一端連通燃料收集管。燃料進管設(shè)置在中心錐體的前體和后體之間并位于中心錐體的前體和后體內(nèi)部，呈環(huán)形，與所述多個輸送通道的另一端均連通，接收經(jīng)由所述多個燃料輸送通道輸入的燃料。所述多個燃料噴口周向均勻分布在中心錐體的前體和后體之間且開口于中心錐體的前體和后體的外表面上并徑向延伸，各燃料噴口連通燃料進管和第一燃燒室。環(huán)體圍繞中心錐體的前體的后部設(shè)置且固定連接在固定導(dǎo)向柱和殼體之間，以與中心的前體的后部的外表面形成將氧化劑入口和第一燃燒室連通的氧化劑噴口，并使氧化劑噴口及第一燃燒室與經(jīng)由外殼與中心錐體之間所形成的環(huán)形的空氣入口供入到外殼內(nèi)的空氣流分開，且環(huán)體與中心錐體的前體的后部一起形成位于氧化劑入口和氧化劑噴口之間的氧化劑收容凹部，氧化劑收容凹部用于收容由氧化劑入口輸入的氧化劑并向氧化劑噴口輸出所收容的氧化劑。
[0008]本實用新型的有益效果如下:
[0009]1.采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機作為引射裝置，突破以往常規(guī)發(fā)動機的燃燒室的等壓燃燒過程，改用等容燃燒過程，從而顯著提高了熱力學(xué)效率、顯著提高了燃燒室的燃燒效率及空間燃燒利用率；
[0010]2.連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機的環(huán)形的第一燃燒室可以產(chǎn)生高速燃氣且燃氣沿周向及軸向快速噴出，高速噴出的燃氣有利于卷吸從空氣入口進入的空氣流，在第二燃燒室中進行二次混合，并且燃燒膨脹排出，從而提高組合循環(huán)發(fā)動機在引射工作模態(tài)的推力、提高引射工作模態(tài)時作為引射裝置的引射效率；
[0011]3.基于連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震的第一燃燒室的出口的流場速度可高達千米每秒，從而省去了超音速噴口等結(jié)構(gòu)，大大簡化了引射裝置的結(jié)構(gòu)；
[0012]4.由于爆震燃燒能在很小的區(qū)域進行，大大減少了燃燒室的長度，并減小了組合循環(huán)發(fā)動機的長度，從而增加最終動力系統(tǒng)產(chǎn)品的機動性能，提高其動力系統(tǒng)的經(jīng)濟性倉泛;
[0013]5.能夠大幅提高航天推進系統(tǒng)經(jīng)濟性與高效性，同時能很大程度推進下一代空天單級入軌飛行器動力系統(tǒng)的發(fā)展。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為根據(jù)本實用新型的組合循環(huán)發(fā)動機的立體正視圖；
[0015]圖2為圖1的軸向剖視圖；
[0016]圖3為圖1的組合循環(huán)發(fā)動機的連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機的徑向剖視圖。
[0017]其中，附圖標記說明如下:
[0018]I外殼33燃料收集管
[0019]11空氣入口34燃料輸送通道
[0020]12超聲速噴口35燃料進管
[0021]2固定導(dǎo)向柱36燃料噴口
[0022]21燃料入口37環(huán)體
[0023]22氧化劑入口4第一燃燒室
[0024]3連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機5出口
[0025]31中心錐體6第二燃燒室
[0026]311前體7氧化劑噴口
[0027]312后體8氧化劑收容凹部
[0028]32 殼體
【具體實施方式】
[0029]下面參照附圖來詳細說明根據(jù)本實用新型的組合循環(huán)發(fā)動機。
[0030]參照圖1至圖3，根據(jù)本實用新型的組合循環(huán)發(fā)動機包括:外殼I ;固定導(dǎo)向柱2 ；以及連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機3，作為引射裝置。
[0031]外殼I設(shè)置有:空氣入口 11，設(shè)置于外殼I的前端，呈環(huán)形，連通外部大氣；以及超聲速噴口 12,設(shè)置于外殼I的后端。
[0032]固定導(dǎo)向柱2設(shè)置有:燃料入口 21,設(shè)置于固定導(dǎo)向柱2的外側(cè)表面上,連通外部的燃料供給裝置(未示出)；以及氧化劑入口 22，設(shè)置于固定導(dǎo)向柱2的外側(cè)表面上，連通外部的氧化劑供給裝置(未示出)。
[0033]連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機3包括中心錐體31、燃料收集管33、多個燃料輸送通道34、燃料進管35、多個燃料噴口 36、以及環(huán)體37。
[0034]中心錐體31具有:前體311，從外殼I的前端伸出且后部連接于固定導(dǎo)向柱2 ;以及后體312，位于外殼I中，呈實心圓柱體，且與前體311成為一體。
[0035]殼體32圍繞整個后體312及部分前體311的外表面固定設(shè)置并與整個后體312及部分前體311的外表面圍成軸向延伸的第一燃燒室4，第一燃燒室4在軸向上的末端為出口 5，外殼I內(nèi)的位于殼體32與中心錐體31的后體312后方的空間形成第二燃燒室6，第一燃燒室4經(jīng)由出口 5連通于第二燃燒室6，第二燃燒室6連通空氣入口 11。
[0036]燃料收集管33設(shè)置在中心錐體31的前體311和后體312之間并位于中心錐體31的前體311和后體312內(nèi)部，連通燃料入口 21，收集由燃料入口 21輸入的燃料。
[0037]所述多個燃料輸送通道34設(shè)置在中心錐體31的前體311和后體312之間并位于中心錐體31的前體311和后體312內(nèi)部且周向分布、徑向延伸，各燃料輸送通道34的一端連通燃料收集管33。
[0038]燃料進管35設(shè)置在中心錐體31的前體311和后體312之間并位于中心錐體31的前體311和后體312內(nèi)部，呈環(huán)形，與所述多個輸送通道34的另一端均連通，接收經(jīng)由所述多個燃料輸送通道34輸入的燃料。
[0039]所述多個燃料噴口 36周向均勻分布在中心錐體31的前體311和后體312之間且開口于中心錐體31的前體311和后體312的外表面上并徑向延伸，各燃料噴口 36連通燃料進管35和第一燃燒室4。
[0040]環(huán)體37圍繞中心錐體31的前體311的后部設(shè)置且固定連接在固定導(dǎo)向柱2和殼體32之間，以與中心錐體31的前體311的后部的外表面形成將氧化劑入口 22和第一燃燒室4連通的氧化劑噴口 7，并使氧化劑噴口 7及第一燃燒室4與經(jīng)由外殼I與中心錐體31之間所形成的環(huán)形的空氣入口 11供入到外殼I內(nèi)的空氣流分開，且環(huán)體37與中心錐體31的前體311的后部一起形成位于氧化劑入口 22和氧化劑噴口 7之間的氧化劑收容凹部8，氧化劑收容凹部8用于收容由氧化劑入口 22輸入的氧化劑并向氧化劑噴口 7輸出所收容的氧化劑。
[0041]在根據(jù)本實用新型的組合循環(huán)發(fā)動機中，通過引入外部的氧化劑供給裝置(例如，氧化劑儲存罐)中的氧化劑進入第一燃燒室4，并與中心錐體31的前體311和后體312之間沿周向均勻分布的燃料噴口 36噴出的燃油進行充分混合、從而在第一燃燒室4的前部形成爆震波，且爆震波以一定的速度沿著周向進行旋轉(zhuǎn)爆震燃燒。爆震燃燒后產(chǎn)生的燃氣(氣體燃燒產(chǎn)物)通過膨脹沿著出口 5高速排出，由于排出的高速燃氣的強剪切作用而將外界的空氣來流通過空氣入口 11吸入第二燃燒室6進行二次混合燃燒、膨脹加速并通過超聲速噴口 12向外排出產(chǎn)生推力。本實用新型的基于連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機3作為引射裝置的組合循環(huán)發(fā)動機與其他使用普通火箭作為引射裝置的組合循環(huán)發(fā)動機設(shè)計方案相比，具有以下優(yōu)點:
[0042]1.采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機3作為引射裝置，突破以往作為引射裝置的常規(guī)發(fā)動機燃燒室的等壓燃燒過程，改用等容燃燒過程，從而顯著提高了熱力學(xué)效率、顯著提高了燃燒室的燃燒效率及空間燃燒利用率；
[0043]2.連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機3的環(huán)形的第一燃燒室4可以產(chǎn)生高速燃氣且燃氣沿周向及軸向快速噴出，高速噴出的燃氣有利于卷吸從空氣入口 11進入的空氣流，在第二燃燒室6中進行二次混合，并且燃燒膨脹排出，從而提高組合循環(huán)發(fā)動機在引射工作模態(tài)的推力、提高引射工作模態(tài)時作為引射裝置的引射效率；
[0044]3.基于連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震的第一燃燒室4的出口 5的流場速度可高達千米每秒，從而省去了超音速噴口等結(jié)構(gòu)，大大簡化了引射裝置的結(jié)構(gòu)；
[0045]4.爆震燃燒能在很小的區(qū)域進行，大大減少了燃燒室的長度，并減小了組合循環(huán)發(fā)動機的長度，從而增加最終動力系統(tǒng)產(chǎn)品的機動性能，提高其動力系統(tǒng)的經(jīng)濟性能；
[0046]5.能夠大幅提高航天推進系統(tǒng)經(jīng)濟性與高效性，同時能很大程度推進下一代空天單級入軌飛行器動力系統(tǒng)的發(fā)展。
[0047]本實用新型的組合循環(huán)發(fā)動機能夠應(yīng)用于高超音速飛行器、單級入軌航天器等，且能夠帶來較高的性能潛力和經(jīng)濟潛力。
[0048]在中心錐體31的一實施例中，后體312與前體311可通過焊接成為一體。
[0049]在超聲速噴口 12的一實施例中，參照圖1，超聲速噴口 12可呈喇叭形。在前體311的一實施例中，參照圖1和圖2，前體311的外形可呈錐形。
[0050]在根據(jù)本實用新型的組合循環(huán)發(fā)動機的一實施例中，參照圖3，所述多個燃料輸送通道34為四個且相鄰個燃料輸送通道34之間的夾角為90度。
[0051 ] 在環(huán)體37的一實施例中，參照圖1和圖2，環(huán)體37的內(nèi)表面可為變截面，且氧化劑噴口 7沿軸向朝向第二燃燒室6的方向由寬變窄。
[0052]在固定導(dǎo)向柱2的一實施例中，固定導(dǎo)向柱2可呈梭形。
[0053]最后說明的是，根據(jù)本實用新型的組合循環(huán)發(fā)動機不僅可以應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域，而且可以適用于航海領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1.一種組合循環(huán)發(fā)動機，其特征在于，包括: 外殼(1)，設(shè)置有: 空氣入口(11)，設(shè)置于外殼(I)的前端，呈環(huán)形，連通外部大氣；以及 超聲速噴口(12)，設(shè)置于外殼(I)的后端； 固定導(dǎo)向柱(2)，設(shè)置有: 燃料入口(21)，設(shè)置于固定導(dǎo)向柱(2)的外側(cè)表面上，連通外部的燃料供給裝置；以及 氧化劑入口(22)，設(shè)置于固定導(dǎo)向柱(2)的外側(cè)表面上，連通外部的氧化劑供給裝置； 連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機(3)，作為引射裝置，包括: 中心錐體(31)，具有: 前體(311)，從外殼(I)的前端伸出且后部連接于固定導(dǎo)向柱(2);以及 后體(312)，位于外殼(I)中，呈實心圓柱體，且與前體(311)成為一體； 殼體(32)，圍繞整個后體(312)及部分前體(311)的外表面固定設(shè)置并與整個后體(312)及部分前體(311)的外表面圍成軸向延伸的第一燃燒室(4)，第一燃燒室(4)在軸向上的末端為出口(5),外殼(I)內(nèi)的位于殼體(32)與中心錐體(31)的后體(312)后方的空間形成第二燃燒室<；6)，第一燃燒室(4)經(jīng)由出口(5)連通于第二燃燒室(；6),第二燃燒室(6)連通空氣入口(11)； 燃料收集管(33)，設(shè)置在中心錐體(31)的前體(311)和后體(312)之間并位于中心錐體(31)的前體(311)和后體(312)內(nèi)部，連通燃料入口(21)，收集由燃料入口(21)輸入的燃料； 多個燃料輸送通道(34)，設(shè)置在中心錐體(31)的前體(311)和后體(312)之間并位于中心錐體(31)的前體(311)和后體(312)內(nèi)部且周向分布、徑向延伸，各燃料輸送通道(34)的一端連通燃料收集管(33)； 燃料進管(35)，設(shè)置在中心錐體(31)的前體(311)和后體(312)之間并位于中心錐體(31)的前體(311)和后體(312)內(nèi)部，呈環(huán)形，與所述多個輸送通道(34)的另一端均連通，接收經(jīng)由所述多個燃料輸送通道(34)輸入的燃料； 多個燃料噴口(36)，周向均勻分布在中心錐體(31)的前體(311)和后體(312)之間且開口于中心錐體(31)的前體(311)和后體(312)的外表面上并徑向延伸，各燃料噴口(36)連通燃料進管(35)和第一燃燒室(4);以及 環(huán)體(37)，圍繞中心錐體(31)的前體(311)的后部設(shè)置且固定連接在固定導(dǎo)向柱(2)和殼體(32)之間，以與中心錐體(31)的前體(311)的后部的外表面形成將氧化劑入口(22)和第一燃燒室(4)連通的氧化劑噴口(7)，并使氧化劑噴口(7)及第一燃燒室(4)與經(jīng)由外殼⑴與中心錐體(31)之間所形成的環(huán)形的空氣入口(11)供入到外殼⑴內(nèi)的空氣流分開，且環(huán)體(37)與中心錐體(31)的前體(311)的后部一起形成位于氧化劑入口(22)和氧化劑噴口(7)之間的氧化劑收容凹部(8)，氧化劑收容凹部(8)用于收容由氧化劑入口(22)輸入的氧化劑并向氧化劑噴口(7)輸出所收容的氧化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合循環(huán)發(fā)動機，其特征在于，超聲速噴口(12)呈喇叭形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合循環(huán)發(fā)動機，其特征在于，前體(311)的外形呈錐形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合循環(huán)發(fā)動機，其特征在于，所述多個燃料輸送通道(34)為四個且相鄰燃料輸送通道(34)之間的夾角為90度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合循環(huán)發(fā)動機，其特征在于，環(huán)體(37)的內(nèi)表面為變截面，且氧化劑噴口(7)沿軸向朝向第二燃燒室(6)的方向由寬變窄。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合循環(huán)發(fā)動機，其特征在于，固定導(dǎo)向柱(2)呈梭形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合循環(huán)發(fā)動機，其特征在于，中心錐體(31)的后體(312)與前體(311)通過焊接成為一體。
【文檔編號】F02K7/00GK204041270SQ201420426533
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】謝嶠峰, 王兵 申請人:清華大學(xué)