CN101776026B - 一种吸气式脉冲爆震发动机进气道 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，发动机壳体形成圆环形的进气道，进气道后端中轴处有一进气锥，进气锥后部圆柱形结构与发动机壳体形成一环形通道；气流经环形通道后进入异型结构的异型流道，异型流道沿进气道周向均匀排列，异型流道的中心对称曲线与发动机中轴线的距离不变，但是沿着周向偏移；进气锥中轴处有燃油通道，两端分别连接燃油进口和位于圆柱形结构后端外中轴处的燃油喷注杆，燃油喷注杆为一端封闭的空心油管，燃油喷注杆的侧面有若干个燃油喷注孔；发动机壳体与圆柱形结构的后端面形成混合室，点火器位于混合室的侧壁上。本发明能够改善燃油的雾化与蒸发，减小燃气反传对进气道的影响。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其是一种脉冲爆震发动机的进气道。
背景技术
脉冲爆震发动机是一种利用间歇性的爆震波产生的高温、高压燃气来产生推力新概念推进装置。按照是否自带氧化剂，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。
鉴于吸气式脉冲爆震发动机的工作特性，其进气道和头部结构尤为重要。它不仅要为发动机的稳定工作提供连续稳定的来流，还需在下游爆震室传播过来的周期性振荡背压下保持较小的总压损失和较高的稳定裕度。旋转阀式进气道已被尝试用于吸气式脉冲爆震发动机，旋转阀既能控制进气又能隔离爆震循环时爆震室的高压。但是，旋转阀的使用带来了旋转部件的驱动及控制问题，增加了系统的复杂性，流阻变大，并且由于阀门本身的技术限制也会影响发动机工作频率的提高。另一种进气道形式为气动阀式进气道，它通过进气流道的几何结构和发动机工作特性使发动机实现自适应工作。相对于旋转阀式进气道，气动阀式进气道结构较为简单，质量较小且不需要机械阀门。普通的气动阀具有较好的单向阀功能，但它不能改善燃油雾化，蒸发及掺混问题。混气仍然需要一段较长的掺混距离。旋流式气动阀能够改善油气的掺混，但其结构仍然较复杂，叶片在发动机工作较长时间后可能会产生变形。由于叶片的入口及出口角度固定，不能适应发动机工作频率变化时正向来流及逆向燃气的速度变化。
发明内容
为了克服现有技术不能兼顾结构简单可靠和油气掺混的不足，本发明提供一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，能够提高吸气式脉冲爆震发动机工作稳定性，改善气流与燃料的掺混，减小掺混距离，从而缩短发动机长度，并能减小反流燃气对于进气道的影响。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括发动机壳体1、进气道2、进气锥3、进气锥后部的圆柱形结构5、异型结构7、燃油喷注杆8、混合室10、点火器11、燃油进口12及燃油通道13。发动机壳体1形成圆环形的进气道2，空气由进气道2流入发动机头部，进气道后端中轴处有一个进气锥3，进气锥后部的圆柱形结构5与发动机壳体1形成一环形通道4。气流经环形通道后进入异型结构7。异型结构7包含有若干个异型流道6，异型流道沿进气道周向均匀排列，并且每一个异型流道的结构相同。异型流道的特征在于：沿着进气方向，异型流道的中心对称曲线与发动机中轴线的距离不变，但是沿着周向偏移，即沿着进气方向，异型流道6中心对称曲线的切线方向与发动机中轴线的夹角逐渐增大，且增大速率沿进气方向增大。这样，气流流经异型流道后，每一股气流在异型流道出口都有一个周向分速度，形成一股旋向气流。进气锥中轴处有燃油通道13，燃油通道两端分别连接燃油进口12和位于圆柱形结构后端外中轴处的燃油喷注杆8，燃油喷注杆8为一端封闭的空心油管，燃油喷注杆的侧面有若干个燃油喷注孔9。发动机壳体1与圆柱形结构5的后端面形成混合室10，点火器11位于混合室10的侧壁上。燃油由燃油进口12进入燃油通道13，到达燃油喷注杆8后从燃油喷注孔9喷出。燃油喷出后与气流在混合室10混合，当两者混合均匀后，由点火器11点燃混气并最终形成爆震。
作为本发明的一种优选方案，在异型结构靠近混合室的一端环绕燃油通道13开有一个空腔14，空腔14与异型流道6不连通。当燃气反向流到异型结构末端时，由于异型流道面积较小，阻力较大，而空腔面积较大，大部分燃气会首先聚集在空腔内，使得这部分燃气反向流入异型流道的时间推迟，压力减小，有利于进气道的工作。并且燃气作用在空腔形成推力，发动机的重量也有所减轻。
点火器11与圆柱形结构5后端面的距离为进气道直径的1～2倍。
本发明的有益效果是：一般来说，吸气式脉冲爆震发动机需要一个专门的混合室和点火室。油气混合物在混合室混合，到达点火室后由火花塞点燃混气并最终形成爆震。实际上，油气混合物在经过混合室后，在点火室进一步混合才开始点火，这就需要一个较长的掺混距离，使得发动机整体长度增大。当来流速度较大时，火花塞附近的油气混合物速度也较大，这时需要设计专门的点火腔以保证稳定点火。本发明提供了一种新的油气混合方式。来流经过异型结构7后，每一股出口气流都有一个周向分速度，这样，若干股出口气流形成一股旋流。燃油由燃油喷注杆8喷出，燃油喷注杆8为一端封闭的空心油管，沿管壁开有若干排喷油孔，燃油经喷油孔喷出并与气流掺混。由于旋向气流的卷吸作用，气流与燃油的掺混速度加快，而旋向气流的剪切作用使得燃油粒度减小，能够改善燃油的雾化与蒸发。
对于吸气式脉冲爆震发动机，当爆震形成以后，由于爆震室压力大于头部进气压力，使得燃气反向流动，形成负向推力。所以，在保证进气道正常工作的前提下，如何减小燃气反传对进气道的影响成为吸气式脉冲爆震发动机的关键技术之一。本发明提供了一种改善此问题的方法。设计特殊的异型流道6，沿进气方向，每一个异型流道6中心对称曲线的切线方向与发动机中轴线的空间夹角逐渐增大，且增大速率沿进气方向增大。正向进气时，进气阻力较小，并形成旋向气流；而燃气反流时，绝大部分燃气会作用在封闭端，小部分燃气进入旋流通道，但旋流通道的结构使其本身对燃气形成阻挡，同时旋流通道也起到推力壁的作用。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1.本发明的结构图；
图2.本发明的进气道及头部局部结构图；
图3.本发明异型结构及异型流道结构图；
图4.本发明的一种优选方案结构图；
图5.本发明的实施例示意图；
图中1.发动机外壳，2.进气道，3.进气锥，4.环形通道，5.圆柱形结构，6.异型流道，7.异型结构，8.燃油喷注杆，9.喷油孔，10.混合室，11.火花塞，12.燃油进口，13.燃油通道，14.空腔，15.爆震室，16.爆震增强装置。
具体实施方式
本发明的应用领域是如图1所示的吸气式脉冲爆震发动机进气道及头部。但是本发明也适用于某些要求油气掺混较快和雾化质量较高的燃烧器。
如图1、图2所示，本发明包括发动机壳体1、进气道2、进气锥3、进气锥后部的圆柱形结构5、异型结构7、燃油喷注杆8、混合室10、火花塞11、燃油进口12及燃油通道13。发动机壳体1形成圆环形的进气道2，空气由进气道2流入发动机头部，进气道后端中轴处有一个进气锥3，进气锥后部的圆柱形结构5与发动机壳体1形成一环形通道4。气流经环形通道后进入异型结构7。异型结构7包含有若干个异型流道6，异型流道沿进气道周向均匀排列，并且每一个异型流道的结构相同。异型流道如图3所示，沿着进气方向，异型流道的中心对称曲线与发动机中轴线的距离不变，但是沿着周向偏移，即沿着进气方向，异型流道6中心对称曲线的切线方向与发动机中轴线的夹角逐渐增大，且增大速率沿进气方向增大。这样，气流流经异型流道后，每一股气流在异型流道出口都有一个周向分速度，形成一股旋向气流。进气锥中轴处有燃油通道13，燃油通道两端分别连接燃油进口12和位于圆柱形结构后端中轴处的燃油喷注杆8，燃油喷注杆8为一端封闭的空心油管，燃油喷注杆的侧面有若干个燃油喷注孔9。发动机壳体1与圆柱形结构5形成混合室10，火花塞11位于混合室10的侧壁上。燃油由燃油进口12进入燃油通道13，到达燃油喷注杆8后从燃油喷注孔9喷出。燃油喷出后与气流在混合室10混合，当两者混合均匀后，由火花塞11点燃混气并最终形成爆震。
如图4所示，本发明在异型结构靠近混合室的一端环绕燃油通道13开有一个空腔14，空腔14与异型流道8不连通。当燃气反向流到异型结构末端时，由于异型流道面积较小，阻力较大，而空腔面积较大，大部分燃气会首先聚集在空腔内，使得这部分燃气反向流入异型流道的时间推迟，压力减小，有利于进气道的工作。并且燃气作用在空腔形成推力，发动机的重量也有所减轻。
如图5所示，在吸气式脉冲爆震发动机一个工作周期内，首先，具有一定速度的来流进入进气道2，绕过进气锥3后进入环形通道4，气流由环形通道均匀进入每个异型流道6，每股异型流道出口的气流具有一个周向分速度，它们相遇后形成一股旋向气流。同时，燃油喷注杆8上的燃油喷注孔9喷出，与气流在混合室10进行掺混并填充爆震室15。当爆震室填充完毕，对火花塞发出点火信号，火花塞点燃混合室内的油气混合物形成爆燃。爆燃波压力和温度不断升高，使火焰加速。爆燃波经过爆震增强装置15后最终形成爆震波并产生推力。
Claims (3)
1.一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，包括发动机壳体、进气道、进气锥、进气锥后部的圆柱形结构、异型结构、燃油喷注杆、混合室、点火器、燃油进口及燃油通道，其特征在于：发动机壳体形成圆环形的进气道，空气由进气道流入发动机头部，进气道后端中轴处有一个进气锥，进气锥后部的圆柱形结构与发动机壳体形成一环形通道；气流经环形通道后进入异型结构；异型结构包含有若干个异型流道，异型流道沿进气道周向均匀排列，并且每一个异型流道的结构相同，异型流道的中心对称曲线与发动机中轴线的距离不变，但是沿着周向偏移，即沿着进气方向异型流道中心对称曲线的切线方向与发动机中轴线的夹角逐渐增大，且增大速率沿进气方向增大；进气锥中轴处有燃油通道，燃油通道两端分别连接燃油进口和位于圆柱形结构后端外中轴处的燃油喷注杆，燃油喷注杆为一端封闭的空心油管，燃油喷注杆的侧面有若干个燃油喷注孔；发动机壳体与圆柱形结构的后端面形成混合室，点火器位于混合室的侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，其特征在于：所述的异型结构靠近混合室的一端环绕燃油通道开有一个空腔，空腔与异型流道不连通。
3.根据权利要求1所述的一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，其特征在于：所述的点火器与圆柱形结构后端面的距离为进气道直径的1～2倍。
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