CN101858278B - 多管爆轰横向波点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多管爆轰横向波点火装置。它包括多个平行并列的爆轰管、横向火焰管和火焰单向阀组件，横向火焰管连接相邻的爆轰管，并在系统中形成首尾相通的横向火焰通道，横向火焰管内部设置有火焰单向阀组件。上游的爆轰管内的火焰，除了在向喷管出口运动之外，其分支会进入横向火焰管，管内的横向燃烧波通过火焰单向阀组件向相邻下游爆轰管运动，点燃下游爆轰管内的预混燃料实现燃烧，这个过程在爆轰管间循环周而复始，实现爆轰管系统的爆燃向爆轰过程(DDT)和点火自持。本发明结构简单，可以适应高频、高能点火的要求，克服了连续点火和爆燃到爆轰转换的困难。本发明可以做为多管脉冲爆震发动机的点火实现形式。

Description

多管爆轰横向波点火装置

技术领域

本发明涉及一种多管爆轰横向波点火装置。它可以做为多管脉冲爆震发动机的点火装置，应用于动力或航空航天等领域。

背景技术

本发明源于对多管脉冲爆震发动机点火类似需求的创造。

一般认为发动机发展大致经历了两个大的历史阶段，第一阶段就是在1950年以前，主要是活塞发动机的使用。第二阶段在二次世界大战以后，涡轮发动机迅猛发展，一直占据着霸主地位，它有很多的变种，如涡扇发动机、涡桨发动机、涡轴发动机等，但其核心技术都是压气机-涡轮组合，即燃气轮机。

很早就有人提出，涡轮发动机过了巅峰期以后有没有后续机种。为什么会提出这个问题呢？因为人类所发明的热机到目前为止，绝大多数都是依靠压力膨胀过程来实现热功转换的，活塞发动机、涡轮发动机都是如此。而要提高涡轮发动机的性能主要有两条途径，一个是提高压比，另一个是提高涡轮前温度，这是它的工作原理决定的。但提高压比、提高涡轮前温度是有一定限制的，设想压比达到40左右，压气机的转速会很大；同时压比提高，叶片的强度也成问题。所以无论从压比还是从温度来说，涡轮发动机基本上快要接近其性能极限了。对此，目前也出现了很多新的机种，如脉冲爆震发动机、冲压发动机等，这是主要的几个研究方向，也是试图找到大幅提高航空发动机性能的技术尝试。但这些发动机还处于摸索阶段。

脉冲爆震发动机是近年来被重点关注的未来发动机形式。它具有热效率高、工作范围广、结构简单、比冲高、性价比高等优点，可以广泛用于军事或者民用领域，有着美好的应用前景。但它还非常不成熟，技术上面临着许多的挑战，目前几乎所有的脉冲爆震发动机设计都存在噪声巨大，工作频率就明显跟不上去的困难。工作频率就是指爆震燃烧频率，要100赫兹左右才能够产生足够的比冲，如果到不了这个频率，比冲不够，与涡轮机相比就没有竞争力。设想在一个空腔里面，排气、进气一秒钟来回一百多次，而且还没有一个活塞把气体推出去，只靠膨胀过程来填充、爆炸，再填充、再爆炸，这本身是非常困难的。另外，因为爆震波的产生和触发需要高温、高压的触发环境，有很多的研究和设计都是针对于此的，比如激波聚焦方法、射流引射起爆方法、阶梯引爆方法、加长爆震管长度方法、障碍弹簧加速引爆方法等等，如何有效突破DDT过程(爆燃到爆轰转换(Deflagration to Detonation Transition))的瓶颈是个目前还没有很好解决的问题。对我们而言，如何帮助解决脉冲爆震发动机高频触发、点火及加速DDT过程，以比较小的点火能量在预混燃料的高速流动中产生频率可调的爆震波是非常有意义的课题。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的不足，提供一种多管爆轰横向波点火装置。本发明结构简单，可以适应高频、高能点火的要求，克服了多管系统连续点火和DDT过程的困难。

为达到上述目的，本发明的构思是：

本发明的多管爆轰横向波点火装置，具有爆轰管。

爆轰管是火焰传播的通道和动力产生的主要构件，其有入口也有出口。燃料由入口进入爆轰管，燃烧产生的火焰由出口喷出，从而产生推力。爆轰管形状可以是圆的、方的、扁的等。

本发明的多管爆轰横向波点火装置，具有横向火焰管。

横向火焰管是联接上、下游爆轰管的通道，上游爆轰管中点燃的火焰在横向火焰管中产生横向爆燃或者爆轰波，并传递到下游爆轰管，以触发下游爆轰管内预混燃料的燃烧。

本发明的多管爆轰横向波点火装置，具有火焰单向阀组件。

火焰单向阀组件用以确定爆轰管之间的上、下游时间、空间关系，并保证上、下游关系在相关系统中保持一致，使得爆轰管或为顺时针排列或为逆时针排列。火焰单向阀组件控制了火焰的传播方向，使得系统的点火能够单向有序进行。

本发明的多管爆轰横向波点火装置，其最初的火焰是由某种点火器件，或者由激波、或者激光、或者热射流、或者爆炸等触发的。

本发明的多管爆轰横向波点火装置，其预混燃料可以是气体或者气雾或者气粉形态，其化学成分配比能够满足产生爆轰或者爆燃燃烧。其应该在横向点火火焰前锋到达之前充入爆轰管。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种多管爆轰横向波点火装置，包括多个平行并列的爆轰管、横向火焰管和火焰单向阀组件。相邻爆轰管之间在其入口附近由横向火焰管相联接；横向火焰管内布置有火焰单向阀组件；各组爆轰管、横向火焰管和火焰单向阀组件是连环有序布置的，首尾相接，可以实现周期性的火焰点火。

上述爆轰管是火焰传播的通道，其有入口也有出口，其形状可以是圆的、方的、扁的等。

上述横向火焰管是连接上、下游爆轰管的通道，将上游爆轰管中点燃的火焰传递到下游爆轰管，以触发下游爆轰管内预混燃料的燃烧。

上述火焰单向阀组件用以确定爆轰管之间的上、下游关系，并保证上、下游关系在相关系统中是一致的，或为顺时针或为逆时针。火焰单向阀组件控制火焰的传播方向，使得点火单向有序进行。

上述火焰，最初是由某种点火器件，或者由激波、或者激光、或者热射流、或者爆炸等触发的。

预混燃料是气体或者气雾或者气粉形态，其化学成分配比能够满足产生爆轰或者爆燃燃烧。其在横向点火火焰前锋到达之前充入爆轰管。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

本发明的多管爆轰横向波点火装置，是一种利用横向燃烧波作为点火手段的针对多管燃烧系统的点火方式。它充分考虑了爆轰管内火焰的传播特点，将爆轰管之间的关系进行时间和空间相关，改变了传统多管系统各自相对独立的特性，在产生单管纵向燃烧火焰运动的同时，在横向引入首尾相接的横向火焰管通道，使得火焰的DDT过程可以在通道内得以实现，同时可以维持持续不间断的点火。

本发明使得各爆轰管不在需要各自独立的点火器件，一个或者几个点火器件就可以实现大量数目爆轰管的点火，并且点火器件也通常只需要一次点火过程，而不需要通常的频繁的点火。系统中的点火和燃烧是自持的。

本发明使得爆燃到爆轰转换(Deflagration to Detonation Transition(DDT))过程在横向火焰管道通路中实现，不需要在爆轰管的设计长度中考虑DDT过程对管长的需求，可以大大缩短爆轰管的长度，有利于燃烧动力小型化。

本发明可以做为多管脉冲爆震发动机的点火装置，应用于动力或航空航天等领域。

附图说明

图1是多管爆轰横向波点火装置结构示意图。

图2是图1中A-A处截面示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：参见图1和图2，本多管爆轰横向波点火装置，包括多个平行并列的爆轰管1、横向火焰管2和火焰单向阀组件3，相邻爆轰管1之间在其入口附近由横向火焰管2相联接；横向火焰管2内布置有火焰单向阀组件3；各组爆轰管1、横向火焰管2和火焰单向阀组件3是连环有序布置的，首尾相接。由设定在爆震管1入口附近的点火装置点燃已经充入爆震管1内的预混燃料产生初始的火焰，火焰向两路传播，其一是向爆震管出口喷管方向传播，以产生推力，另一路经由横向火焰管2，通过火焰单向阀组件3传向下游已充入预混燃料的下游爆震管1，点燃下游爆震管1的预混燃料的燃烧；这样的过程由于横向火焰通道的存在而持续周而复始的进行，DDT过程在火焰的横向加速中得以实现，并使得火焰始终保持在通道之中，用以点燃各个爆轰管中的预混燃料，从而实现连续点火的功效。

Claims (6)

1.一种多管爆轰横向波点火装置，包括多个平行并列的爆轰管(1)、横向火焰管(2)和火焰单向阀组件(3)，其特征在于：

1)相邻所述爆轰管(1)之间在其入口附近有横向火焰管(2)相联接；

2)所述横向火焰管(2)内布置有火焰单向阀组件(3)；

3)所述多个爆轰管(1)、横向火焰管(2)和火焰单向阀组件(3)是连环有序布置的，首尾相接，实现周期性的火焰点火。

2.根据权利要求1所述的多管爆轰横向波点火装置，其特征在于所述爆轰管(1)是火焰传播的通道，其有入口也有出口，其形状是圆的、或方的、或扁的。

3.根据权利要求1所述的多管爆轰横向波点火装置，其特征在于所述横向火焰管(2)是连接上、下游爆轰管(1)的通道，将上游爆轰管中点燃的火焰传递到下游爆轰管，以触发下游爆轰管内预混燃料的燃烧。

4.根据权利要求1所述的多管爆轰横向波点火装置，其特征在于所述火焰单向阀组件(3)用以确定爆轰管(1)之间的上、下游空间和时间关系，并保证上、下游关系在相关系统中是一致的，或为顺时针或为逆时针；火焰单向阀组件(3)控制火焰的传播方向，使得点火单向有序进行。

5.根据权利要求1所述的多管爆轰横向波点火装置，其特征在于所述的火焰，最初是由点火器件、或者由激波、或者激光、或者热射流、或者爆炸触发的。

6.根据权利要求1所述的多管爆轰横向波点火装置，其特征在于预混燃料在横向点火火焰前锋到达之前充入爆轰管。

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