本實(shí)用新型涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種側(cè)進(jìn)氣的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)(Pulse Detonation Engine簡(jiǎn)稱(chēng)PDE)是以爆震波為主推力的一種新概念發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí), 燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震室里以劇烈的爆震方式燃燒，極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很高的溫度和壓力（壓力可高達(dá)100個(gè)大氣壓，溫度可達(dá)2000℃）,同時(shí)產(chǎn)生的爆震波(屬?zèng)_擊波)以超音速傳播（數(shù)千米/秒）作用于發(fā)動(dòng)機(jī)的推力壁上產(chǎn)生推力,高溫高壓的燃燒產(chǎn)物高速?lài)姵霭l(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)產(chǎn)生額外的推力;因爆震燃燒為間歇性脈沖式燃燒,所以該發(fā)動(dòng)機(jī)是一種非定常推進(jìn)系統(tǒng)。相對(duì)于傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)，PDE具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn), 由于爆震波能在極短時(shí)間內(nèi)將爆炸混合物的壓力和溫度升高到非常高的程度，因此省去了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)用來(lái)增壓的部件(如壓氣機(jī))，使發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變得非常簡(jiǎn)單，零部件數(shù)量大大減少,因此脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸小，重量輕， 另外PDE的燃燒過(guò)程近似為等容燃燒，熱效率最高可達(dá)49%,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率(27%)。PDE的這些特點(diǎn)使其在航空、航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，據(jù)估計(jì)，PDE的推重比可達(dá)20，馬赫數(shù)范圍0~10（吸氣式為0~ 5），飛行高度范圍0~50km，推力范圍0.5kg~50000kg。PDE沒(méi)有容易損壞的旋轉(zhuǎn)部件，因此結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、維護(hù)更容易。它可作為導(dǎo)彈、靶機(jī)、誘餌機(jī)、無(wú)人駕駛飛機(jī)、無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)的動(dòng)力，也可用于載人飛機(jī)的動(dòng)力裝置，實(shí)現(xiàn)高速洲際航行；將來(lái)還可能用于太空飛行器推進(jìn)，作為登月飛行器、星際旅游飛行器或入軌飛行器的動(dòng)力，將給空間運(yùn)輸帶來(lái)一次革命；近年來(lái)其在民用領(lǐng)域的應(yīng)用，也引起了重視，如用于高效率發(fā)電等。可以預(yù)見(jiàn)，爆震發(fā)動(dòng)機(jī)一旦技術(shù)成熟，必將對(duì)航空航天及能源領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的影響。

按照PDE爆震管的數(shù)目，PDE可分為單管/多管PDE，按照燃料形式可分為氣相/液相燃料PDE，按照氧化劑的來(lái)源可分為自吸氣式/火箭式PDE；按照進(jìn)氣方式可分為無(wú)閥式（氣動(dòng)式）與有閥式（如旋轉(zhuǎn)閥）PDE。根據(jù)應(yīng)用方式，PDE可分為純PDE(pure PDE)、組合循環(huán)PDE(combined PDE)，混合PDE(hybrid PDE)三大類(lèi)。純PDE主要由爆震管、進(jìn)氣道、尾噴管組成；混合PDE是由PDE與渦噴或渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)相結(jié)合，如在外涵道或加力段使用PDE；組合PDE是由PDE與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)如沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力裝置組合而成，在不同的速度范圍內(nèi)，運(yùn)行不同的工作循環(huán)；其共同點(diǎn)在于，燃料與空氣混合物均以爆震的方式燃燒，這種劇烈的反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生高溫高壓氣體，循環(huán)頻率達(dá)到一定程度后（約100赫茲），便可提供近似連續(xù)的推力。

燃料與空氣的混合物快速而可靠的起爆，是PDE正常工作的重要前提，起爆方式有兩種，一種是直接起爆，一種是間接起爆，即由爆燃發(fā)展到爆震（DDT）；前一種方式需要極高的點(diǎn)火能量，對(duì)點(diǎn)火設(shè)備的要求很高，不具備實(shí)用性，故一般采用后一種方式；所以,燃料空氣混合物的起爆問(wèn)題就集中在如何快速實(shí)現(xiàn)爆燃向爆震的轉(zhuǎn)化上。

空氣來(lái)流與燃料的良好摻混是DDT前必須完成的動(dòng)作，目前PDE的進(jìn)氣道均設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)的最前端，空氣從前端流入爆震室，與噴入的燃料充分摻混后形成燃料空氣混合物，然后經(jīng)過(guò)DDT在主爆室起爆，為防止爆震波或燃燒產(chǎn)物進(jìn)入進(jìn)氣道導(dǎo)致進(jìn)氣異常，PDE通常需要在進(jìn)氣道與爆震室之間設(shè)置一個(gè)隔離區(qū)；按照隔離方式，將PDE分為機(jī)械閥式PDE和氣動(dòng)閥式PDE；機(jī)械閥在起爆、爆震傳播及排氣過(guò)程中，閥門(mén)關(guān)閉，進(jìn)氣時(shí)閥門(mén)打開(kāi)；機(jī)械閥的問(wèn)題在于閥門(mén)關(guān)閉時(shí)會(huì)給進(jìn)氣道造成很大的迎風(fēng)面，空氣來(lái)流的滯止會(huì)產(chǎn)生很大的阻力損失；目前比較成熟的機(jī)械閥為旋轉(zhuǎn)閥，需要專(zhuān)門(mén)的電力驅(qū)動(dòng)，而且旋轉(zhuǎn)閥的密封很困難，磨損嚴(yán)重，另外旋轉(zhuǎn)閥只局限于多管PDE場(chǎng)合；氣動(dòng)閥則利用空氣動(dòng)力學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)正向流阻小，反向流阻大的功能，形成近似于封閉的效果，有利于形成爆震波，但現(xiàn)有的氣動(dòng)閥型式尚無(wú)法達(dá)到完全封閉的效果，仍有少量的燃燒產(chǎn)物從進(jìn)氣道反向流出進(jìn)氣道形成負(fù)推力，同時(shí)，氣動(dòng)閥的存在不可避免地影響到推力壁的設(shè)計(jì)，使其不能處于最佳的工作狀態(tài)。此外，為了縮短DDT距離，目前PDE均采用一些強(qiáng)化起爆的措施，如采用Shchelkin螺旋、金屬環(huán)、孔板、中心體等；這些措施雖然有利于燃料摻混及縮短DDT距離，但同時(shí)也影響了正向爆震波的傳播，造成明顯的推力損失，這是不容忽視的問(wèn)題。

針對(duì)目前PDE存在的各種缺陷，本發(fā)明提供了一種側(cè)進(jìn)氣的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，其主要特點(diǎn)在于，發(fā)動(dòng)機(jī)的頂端為尖錐，空氣從爆震管的管壁進(jìn)入，由于多個(gè)側(cè)進(jìn)氣口同時(shí)進(jìn)氣，能夠?qū)崿F(xiàn)空氣與燃料的快速摻混，另外將起爆室置于發(fā)動(dòng)機(jī)尾部，使正向爆震波的傳播暢通無(wú)阻，最大限度發(fā)揮爆震波的正向推力，同時(shí)由于摻混速度快，用時(shí)少，可明顯增加發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震頻率，大幅提高單管PDE的推力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服傳統(tǒng)脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)頭部軸向進(jìn)氣方式存在的進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)復(fù)雜、進(jìn)氣時(shí)間長(zhǎng)、摻混效果差、爆震頻率低等缺陷，提供一種可多點(diǎn)同時(shí)進(jìn)氣的側(cè)進(jìn)氣脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，可顯著縮短進(jìn)氣時(shí)間，明顯提高爆震頻率，從而大幅提高發(fā)動(dòng)機(jī)推力。

一種側(cè)進(jìn)氣的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)至少由頭錐1、推力壁2、爆震室3、起爆室4、側(cè)進(jìn)氣閥5、主燃料噴嘴6、起爆燃料噴嘴7、點(diǎn)火器8及尾噴管9組成，所述的頭錐1為圓錐體，處于發(fā)動(dòng)機(jī)的頂端，與爆震室3連為一體；推力壁2是爆震室3頭部的封閉端板；起爆室4位于脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)尾部，與尾噴管9共用同一空間，起爆室4包含一個(gè)聚能錐401、排氣閥402及一塊活動(dòng)擋板403；進(jìn)氣閥5沿軸向分布于爆震室3與起爆室4的管壁上；主燃料噴嘴6沿軸向每隔一段距離裝在爆震室3內(nèi)壁上，起爆燃料噴嘴7裝在起爆室4內(nèi)壁上；發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，多個(gè)主燃料噴嘴6向爆震室3噴入霧化燃料，與爆震室3 中的空氣形成云霧狀混合物，同時(shí)起爆燃料噴嘴7向起爆室4內(nèi)噴入氣化起爆燃料，與起爆室4中的空氣形成爆炸氣體混合物；起爆室4內(nèi)的點(diǎn)火器8點(diǎn)火引爆爆炸氣體混合物，爆炸產(chǎn)生的高溫高壓氣體沿聚能錐401上的通孔匯集后進(jìn)入爆震室3，進(jìn)而引爆爆震室3中的云霧狀混合物；爆炸產(chǎn)生的激波向頭錐1方向傳播，到達(dá)推力壁2時(shí)產(chǎn)生向前的推力，高溫高壓的爆炸氣體產(chǎn)物向外急速膨脹，從尾噴口噴出產(chǎn)生進(jìn)一步的推力；當(dāng)管內(nèi)壓力低于管外，多個(gè)側(cè)進(jìn)氣閥5被打開(kāi)，管外新鮮空氣分別進(jìn)入爆震室3及起爆室4，殘留的爆炸氣體產(chǎn)物則被置換后與部分新鮮空氣一起從排氣閥402排出；多個(gè)主燃料噴嘴6與起爆燃料噴嘴7再次分別向爆震室3與起爆室4噴入主燃料與起爆燃料，點(diǎn)火器8再次點(diǎn)火，脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入下一輪爆震循環(huán)。

所述的聚能錐401的頂點(diǎn)朝向尾噴管9，固定在起爆室4的管壁上，錐面上布滿(mǎn)一系列通孔，每個(gè)通孔的中心線(xiàn)方向與通孔所處的錐面垂直。

所述的活動(dòng)擋板403由兩塊半圓形板4031與一根固定在尾噴管9中間的軸4032鉸接而成，安裝在尾噴口附近，可單向朝外開(kāi)啟。

所述的排氣閥402的閥片朝管外開(kāi),且開(kāi)口朝向尾噴口方向。

所述的起爆室4上有壓縮空氣進(jìn)口404及液化氣體燃料進(jìn)口405，用于發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)車(chē)、稀薄空氣空間及突發(fā)停車(chē)后的再啟動(dòng)。

所述的起爆室4的管內(nèi)壁上刻有凹槽，凹槽的數(shù)量不低于4條，沿周向均布。

所述的側(cè)進(jìn)氣閥5每隔一段距離周向均布于爆震室3及起爆室4管壁上，同一圓周上的側(cè)進(jìn)氣閥5不少于兩個(gè)。

所述的側(cè)進(jìn)氣閥5為單向閥，閥片501朝管內(nèi)開(kāi)，且開(kāi)口朝向頭錐1方向，當(dāng)激波向頭錐1方向傳播時(shí)，側(cè)進(jìn)氣閥5處于關(guān)閉位置。

所述的側(cè)進(jìn)氣閥5的安裝處，管壁上均有拱起的迎風(fēng)鰭片502，進(jìn)氣口處于迎風(fēng)鰭片502下面。

所述的點(diǎn)火器8沿徑向伸入起爆室4一定長(zhǎng)度，多個(gè)點(diǎn)火器8均布在靠近起爆室4尾部截面的圓周上。

本發(fā)明的有益之處在于：爆震室與起爆室內(nèi)部無(wú)多余構(gòu)件，空間阻力小，推力損失小；發(fā)動(dòng)機(jī)極少磨損件，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，壽命長(zhǎng)；起爆室與尾噴管共用一個(gè)空間使發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，長(zhǎng)度減小；聚能錐可使爆炸產(chǎn)物匯聚成高壓、高速射流，更易引爆爆震室內(nèi)的云霧狀燃料混合物，可減少起爆室的容積，同時(shí)節(jié)省起爆燃料；起爆室管內(nèi)壁的凹槽，可加強(qiáng)空氣與起爆燃料的混合，同時(shí)能強(qiáng)化爆燃，縮短DDT長(zhǎng)度；多個(gè)側(cè)進(jìn)氣口同時(shí)進(jìn)氣可顯著縮短發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣時(shí)間，顯著提高爆震頻率，使發(fā)動(dòng)機(jī)的推力更大、更平穩(wěn)；多個(gè)噴嘴在管內(nèi)不同距離處同時(shí)噴入燃料，使霧化燃料瞬間與空氣形成均勻的云霧狀爆炸混合物，大大減少空氣與燃料的摻混時(shí)間,也有助于提高爆震頻率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明側(cè)進(jìn)氣脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖2是本發(fā)明側(cè)進(jìn)氣脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)爆震狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖3是本發(fā)明側(cè)進(jìn)氣脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)排氣狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖1中A-A剖面圖。

圖5是圖1中B-B剖面圖。

圖6是活動(dòng)擋板結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本實(shí)用新型。

如圖1~6所示，一種側(cè)進(jìn)氣的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)主要由以下部分組成：頭錐1、推力壁2、爆震室3、起爆室4、進(jìn)氣閥5、主燃料噴嘴6、起爆燃料噴嘴7、點(diǎn)火器8及尾噴管9；其特征在于：頭錐1處于發(fā)動(dòng)機(jī)的頂端，為小錐角的空心圓錐體，頭錐1與爆震室3連為一體；推力壁2是爆震室3頭部的封閉端板，為光滑圓板；起爆室4處于發(fā)動(dòng)機(jī)尾部，與尾噴管9共用同一個(gè)空間，起爆室4包含一個(gè)聚能錐401、排氣閥402及一個(gè)活動(dòng)擋板403；聚能錐401為一個(gè)頂點(diǎn)朝向尾噴口的錐面，有一定的厚度，固定在起爆室4的管壁上，錐面上布滿(mǎn)一系列通孔，每個(gè)通孔的中心線(xiàn)方向與通孔所處的錐面垂直；活動(dòng)擋板403由兩塊半圓形板4031與一根固定在尾噴管中間的軸4032鉸接而成，包括專(zhuān)門(mén)的復(fù)位彈簧，安裝在尾噴管的出口處，進(jìn)氣時(shí)活動(dòng)擋板403處于關(guān)閉狀態(tài)，可承受一定的壓力，在管內(nèi)激波及爆炸產(chǎn)物的高壓作用下，兩塊擋板朝外打開(kāi)排氣，產(chǎn)生推力，當(dāng)起爆室內(nèi)的總壓小于復(fù)位彈簧的彈力時(shí)，兩塊擋板閉合；起爆室4的管壁上有壓縮空氣進(jìn)口404及液化氣體燃料進(jìn)口405，用于發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)車(chē)及突發(fā)停車(chē)后的再啟動(dòng)；進(jìn)氣閥5沿軸向分布于爆震室3與起爆室4的管壁上；每隔一段距離在周向均布2-4個(gè)，進(jìn)氣閥5為單向閥，閥片501朝管內(nèi)開(kāi)，且開(kāi)口朝向頭錐方向，激波向頭錐方向傳播時(shí)，進(jìn)氣閥5處于關(guān)閉位置；每一個(gè)進(jìn)氣閥5的安裝處，管壁上均有拱起的迎風(fēng)鰭片502，進(jìn)氣口處于迎風(fēng)鰭片502下面；拱形鰭片502上可加裝流線(xiàn)型弧板作為整流板；主燃料噴嘴6每隔一段距離安裝于爆震室3管壁上，起爆燃料噴嘴7安裝于起爆震室4管壁上，噴嘴的安裝以不伸入管內(nèi)為原則，主燃料噴嘴6的數(shù)量可根據(jù)爆震室3的長(zhǎng)度及單個(gè)噴嘴正常壓力下的噴霧量來(lái)確定，起爆燃料噴嘴7的數(shù)量根據(jù)起爆室的容積與單個(gè)噴嘴的正常噴射量來(lái)確定；噴嘴安裝孔充填密封材料；點(diǎn)火器8可以采用常規(guī)低能量的火花塞，也可以采用高溫電弧點(diǎn)火裝置，本實(shí)施例用4個(gè)的多個(gè)點(diǎn)火器同時(shí)實(shí)施點(diǎn)火，4個(gè)點(diǎn)火器8均伸入起爆室4一定深度，均布在靠近起爆室4尾部的截面的圓周上；起爆室4的管內(nèi)壁刻有凹槽，凹槽的數(shù)量不低于4條，沿周向均布。

脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，由于爆震室3及起爆室4均處于冷管狀態(tài)，主燃料溫度低，粘度高，霧化效果差，起爆燃料的氣化也比較困難，再加上爆震管內(nèi)的空氣為常壓，起爆室4中爆炸混合物的爆能及爆壓均較低，不易產(chǎn)生穩(wěn)定的起爆效果，故本實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)車(chē)時(shí)采用壓縮空氣與液化氣體燃料混合起爆的方式，首先接通壓縮空氣使之進(jìn)入起爆室4，然后充填到爆震室3，同時(shí)打開(kāi)液化氣體燃料罐上的減壓閥使氣化的燃料進(jìn)入起爆室4，然后也擴(kuò)散到爆震室3，點(diǎn)火器8點(diǎn)火引爆起爆室4中的爆炸氣體混合物，產(chǎn)生的爆炸產(chǎn)物氣體通過(guò)聚能錐形成高壓、高速射流進(jìn)而引爆爆震室3中的爆炸氣體混合物，如此循環(huán)多個(gè)回合，待爆震室3與起爆室4溫度升高到一定程度后，斷開(kāi)壓縮空氣供應(yīng)，同時(shí)關(guān)閉液化氣體燃料罐上的減壓閥；經(jīng)爆震管管壁預(yù)熱的主燃料通過(guò)多個(gè)主燃料噴嘴6向爆震室3噴入，與爆震室3 中的空氣形成云霧狀混合物，同時(shí)經(jīng)爆震管管壁加熱氣化的起爆燃料通過(guò)起爆燃料噴嘴7向起爆室4內(nèi)噴入，與起爆室4中的空氣形成爆炸氣體混合物；此時(shí)點(diǎn)火器8點(diǎn)火，使爆炸混合物產(chǎn)生爆炸，爆炸產(chǎn)生的高溫高壓氣體沿聚能錐401上的通孔匯集后進(jìn)入爆震室3，進(jìn)而引爆爆震室3中的云霧狀混合物；爆炸產(chǎn)生的激波向頭錐方向傳播，最終在推力壁2上產(chǎn)生向前的推力；激波在推力壁2上產(chǎn)生反射沿爆震室3向尾噴口折反，到達(dá)尾噴口時(shí)沖開(kāi)活動(dòng)擋板402，爆炸氣體產(chǎn)物從尾噴口噴出，產(chǎn)生進(jìn)一步的推力；爆震室3及起爆室4內(nèi)的爆炸氣體產(chǎn)物在膨脹波的作用下被排出，當(dāng)管內(nèi)壓力低于管外，多個(gè)進(jìn)氣閥5被打開(kāi)，管外新鮮空氣從閥的進(jìn)口分別進(jìn)入爆震室3及起爆室4，殘余爆炸產(chǎn)物氣體則被置換后與部分新鮮空氣一起從排氣閥402排出；多個(gè)主燃料噴嘴6與起爆燃料噴嘴7再次分別向爆震室3與起爆室4噴入燃料，點(diǎn)火器8再次點(diǎn)火，脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行下一輪爆震。

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)時(shí)，隨著來(lái)流空氣速度的增加，進(jìn)氣流量隨之增加，主燃油噴入量也要適時(shí)增加，使每一次爆震過(guò)程盡可能做到零氧平衡，此時(shí)點(diǎn)火頻率可隨之提高，從而提高爆震頻率，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)推力，直至達(dá)到設(shè)定值。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干修改或調(diào)整，這些改進(jìn)或調(diào)整應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。