CN101761419A - 一种脉冲爆震发动机的折流式进气装置 - Google Patents

一种脉冲爆震发动机的折流式进气装置 Download PDF

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一种脉冲爆震发动机的折流式进气装置，在进气管道1内有由头锥支架3固定连接的进气头锥2，进气头锥2内设有供油管路8，供油管路的一端穿过进气头锥2和进气道1与供油装置相连，另一端置于进气头锥2的尾部并安装有喷嘴7；进气头锥2最大直径处外侧同轴套接有第一折流板4，在爆震燃烧室6入口外侧同轴套接有第二折流板5，进气头锥2、第一折流板4和第二折流板5形成一个折流通道。本发明能够有效地地阻挡爆震波反向传入进气管道，并反射爆震波，对发动机产生正推力，解决没有推力臂的情况下爆震波会对发动机产生负推力的问题，同时，反射的爆震波会形成向下游传播的激波或压缩波，将部分能量转变为传向下游的射流动能，在一定程度上改善发动机效率。

Description

一种脉冲爆震发动机的折流式进气装置
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其是一种应用于脉冲爆震发动机的折流式进气装置。
背景技术
按照氧化剂的来源，可以将脉冲爆震发动机分为吸气式脉冲爆震发动机和火箭式脉冲爆震发动机。由于火箭式脉冲爆震发动机需要自身携带一定量的氧化剂，这就限制了它的应用范围和发动机的工作时间，同时也增加了发动机的总重量，不利于发动机推重比的提高。而吸气式脉冲爆震发动机则能够克服火箭式脉冲爆震发动机的上述缺点，具有更为宽广的应用范围。它可以在大气层内工作很长时间，由于无需自带氧化剂，从而使发动机的推重比得到进一步的提高。在吸气式脉冲爆震发动机中，进气阀有两种：机械式和气动式。由于机械阀结构寿命短或需要提供动力驱动或控制系统，使得系统结构复杂度、重量等都增加，所以在实际运用中，多采用气动阀。气动阀利用阀前后的气压压差的变化，通过自适应的方式来为发动机供气，它没有机械结构，是吸气式脉冲爆震发动机比较理想的进气阀。但它也有缺点，就是没有推力壁，在发动机工作时，由于爆震波压力远高于来流气压，爆震波会反向传入进气道，这不仅会造成进气道温度过高，影响机体寿命以及进气道内相关部件的正常工作，而且还会产生较大的负推力，影响发动机推力和效率的提高。
发明内容
要解决的技术问题
为了克服吸气式脉冲爆震发动机由于燃气回流而产生负推力的缺点，本发明提供了一种脉冲爆震发动机的折流式进气装置，第一折流板4、第二折流板5和进气头锥2形成一个折流通道，相当于形成一个推力壁，当爆震波回传时，大部分爆震波会被推力壁阻挡反射，对发动机产生正的推力，而反射的爆震波会形成向下游传播的激波或压缩波，这样也会将部分能量转变为传向下游的射流动能，在一定程度上提高发动机的推力。
技术方案
一种脉冲爆震发动机的折流式进气装置，包括进气管道1、进气头锥2和头锥支架3，其特征在于：还包括第一折流板4、第二折流板5、喷嘴7和供油管路8；进气头锥2、进气管道1和爆震燃烧室6保持同轴，进气头锥2由若干头锥支架3固定于进气管道1内；在进气头锥2最大直径处的外侧同轴套接有第一折流板4，在爆震燃烧室6入口外侧同轴套接有第二折流板5，进气头锥2、第一折流板4和第二折流板5形成一个折流通道；进气头锥2内设有供油管路8，供油管路8的一端穿过进气头锥2和进气管道1与供油装置连接，供油管路8的另一端置于进气头锥2的尾部并安装有喷嘴7；所述的进气头锥2的最大直径小于或等于爆震燃烧室的直径，进气头锥2的尾部位于进气管道1与爆震燃烧室6的交界面上或者与爆震燃烧室6重叠，重叠的长度不大于爆震燃烧室6的半径；所述的第一折流板4为两端开口、内部中空的圆台形结构，开口小的一端与进气头锥2固定连接，开口大的一端靠近爆震燃烧室6，第一折流板4的最大直径大于爆震燃烧室6的直径且小于进气管道1的直径，第一折流板4的侧面与轴线夹角为30°～60°；所述的第二折流板5与爆震燃烧室6的入口固定连接。
作为本发明的一项优选方案，进气管道1与第二折流板5直接相连，进气管道1与折流通道形成一个闭流通道。
作为本发明的另一项优选方案，在进气管道1末端增加一个外涵道9，外涵道的9与进气管道1同轴串连，外涵道9的直径大于爆震燃烧室6的直径，外涵道9由外涵道支架10固定于爆震燃烧室6的外侧。
发明中若干头锥支架3之间的周向间距相同。
有益效果
本发明提出的一种脉冲爆震发动机的折流式进气装置，利用进气头锥2、第一折流板4和第二折流板5在进气管道1末端形成一个折流通道，能够有效地阻挡爆震波反向传入进气管道。同时，第一折流板4和进气头锥2形成一个推力臂，通过反射爆震波，对发动机产生正推力，解决没有推力臂的情况下爆震波会对发动机产生负推力的问题。
附图说明
图1：本发明实施例1的剖面图
图2：本发明实施例2的剖面图
图中1-进气管道，2-进气头锥，3-头锥支架，4-第一折流板，5-第二折流板，6-爆震燃烧室，7-喷嘴，8-供油管路，9-外涵道，10-外涵道支架。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1如图1所示。该实施例应用于吸气式脉冲爆震发动机，发动机采用空气作为氧化剂，汽油作为燃料。进气管道1半径为100mm，爆震燃烧室6半径为50mm，进气管道1和爆震燃烧室6保持同轴，空气由进气管道进入流向爆震燃烧室。进气头锥2由周向间距相同的4个头锥支架3固定于进气管道1内，进气头锥2和进气管道1、爆震燃烧室6也保持同轴，放置方向与空气流向相反，进气头锥2的锥角为60°，尾部位于进气管道1和爆震燃烧室6的交界面上。在进气头锥2最大直径处的外侧同轴套接有第一折流板4，第一折流板4为两端开口、内部中空的圆台形结构，开口小的一端与进气头锥2固定连接，开口大的一端位于进气管道1和爆震燃烧室6的交界面上，侧面与轴线夹角为30°，侧面长度为60mm；在爆震燃烧室6入口外侧同轴套接有第二折流板5，第二折流板5的剖面为半圆弧形状，两端分别与进气管道1的出口(靠近爆震燃烧室6的一端)和爆震燃烧室6的入口(靠近进气管道1的一端)焊接，半圆弧半径为20mm，开口朝向进气管道1方向。进气头锥2、第一折流板4和第二折流板5形成一个折流通道。进气头锥2内设有供油管路8，供油管内径为6mm，供油管路8的一端穿过进气头锥2和进气管道1与供油装置连接，另一端置于进气头锥2的尾部并安装有喷嘴7，喷嘴采用离心喷嘴，喷注角为90度。发动机工作时，气流进入进气管道1，气流经进气头锥2与进气管道1所形成的通道，再经过折流通道进入爆震燃烧室6，与离心喷嘴7喷出的汽油进行混合。接着火花塞点火，油气混合物点燃后，在爆震燃烧室6中形成爆震波，爆震波分别向爆震燃烧室6的入口和出口传播。当爆震波传向爆震燃烧室6入口时，由于爆震波压力远高于来流气压和油压，所以此时发动机停止供油和供气。第一折流板4和进气头锥2尾部形成一个推力壁，在阻止爆震波继续反向传播的同时，也会对发动机产生正向的推力。爆震波传出爆震燃烧室6后，由于敞口段压差的作用，使得一系列膨胀波传入爆震燃烧室6，将已燃气体排空。同时爆震燃烧室6内压力下降，当它低于来流气压和油压时，油气又重新向爆震燃烧室6内填充，新的循环开始。
实施例2如图2所示。与实施例1的不同在于：进气管道1半径为150mm，进气头锥2的锥角为70°，第一折流板4侧面与轴线夹角为35°，第二折流板5的一端与爆震燃烧室6的入口焊接，在进气管道1的出口同轴串接一个外涵道9，外涵道9的半径为70mm，通过若干外涵道支架10固连在爆震燃烧室6外侧。发动机工作时，气流进入进气管道1，在进气阶段，气流在经过第二折流板5时被分为两部分，第一路通过折流通道进入爆震燃烧室6，与离心喷嘴7喷出的汽油混合，对发动机进行燃料的填充。第二路气流通过第二折流板5的外侧进入外涵道9，并通过引射作用排到空气中。当火花塞点火后，爆震燃烧室6中形成爆震波并向爆震燃烧室6的入口传播的时候，爆震波被第一折流板4和进气头锥2形成的推力壁所阻挡，无法继续反向传播，但由于爆震波的压力远高于来流压力和油压，所以发动机无法再填充新鲜油气，此时大量堵塞在折流通道外的气流会通过外涵道9排出。在气流通过外涵道9的时候，一方面会减少气流堵塞而产生的流阻，从而减小由于流阻而产生的负推力，另一方面由于发动机工作时在外涵道9进出口会产生压差，这会形成气流的引射，从而在一定程度上提高发动机推力，同时在气流通过外涵通道9时，也会对爆震燃烧室6进行冷却，改善发动机的工作状况。

Claims (4)

1.一种脉冲爆震发动机的折流式进气装置，包括进气管道(1)、进气头锥(2)和头锥支架(3)，其特征在于：还包括第一折流板(4)、第二折流板(5)、喷嘴(7)和供油管路(8)；进气头锥(2)、进气管道(1)和爆震燃烧室(6)保持同轴，进气头锥(2)由若干头锥支架(3)固定于进气管道(1)内；在进气头锥(2)最大直径处的外侧同轴套接有第一折流板(4)，在爆震燃烧室(6)入口外侧同轴套接有第二折流板(5)；进气头锥(2)、第一折流板(4)和第二折流板(5)形成一个折流通道；进气头锥(2)内设有供油管路(8)，供油管路(8)的一端穿过进气头锥(2)和进气管道(1)与供油装置连接，供油管路(8)的另一端置于进气头锥(2)的尾部并安装有喷嘴(7)；所述的进气头锥(2)的最大直径小于或等于爆震燃烧室(6)的直径，进气头锥(2)的尾部位于进气管道(1)与爆震燃烧室(6)的交界面上或者与爆震燃烧室(6)重叠，重叠的长度不大于爆震燃烧室(6)的半径；所述的第一折流板(4)为两端开口、内部中空的圆台形结构，开口小的一端与进气头锥(2)固定连接，开口大的一端靠近爆震燃烧室(6)，第一折流板(4)的最大直径大于爆震燃烧室(6)的直径且小于进气管道(1)的直径，第一折流板(4)的侧面与轴线夹角为30°～60°；所述的第二折流板(5)与爆震燃烧室(6)的入口固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲爆震发动机的折流式进气装置，其特征在于：进气管道(1)与第二折流板(5)直接相连，进气管道(1)与折流通道形成一个闭流通道。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲爆震发动机的折流式进气装置，其特征在于：在进气管道(1)末端增加一个外涵道(9)，外涵道(9)与进气管道(1)同轴串连，外涵道(9)的直径大于爆震燃烧室(6)的直径，外涵道(9)由外涵道支架(10)固定于爆震燃烧室(6)的外侧。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种脉冲爆震发动机的折流式进气装置，其特征在于：所述的若干头锥支架(3)之间的周向间距相同。
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