CN101968013A - 单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，该爆震发动机通过筒式阀门的周向转动，使进气孔反复开启和关闭，从而实现了旋转阀式的单管爆震发动机，不仅结构简单、重量轻、体积小，还避免了多爆震管之间的协调、控制以及耦合干扰等技术难题。所述爆震发动机还采用了双涵道设计，使捕获气流在内涵道与外涵道之间切换，从而避免了气流在进气道内的周期性堵塞，保持了低的流动阻力，并利用内涵高速气流对外涵气流的引射作用实现了增推效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉冲爆震发动机，尤其是一种采用筒式旋转阀以及内外双涵道的单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机。
背景技术
脉冲爆震发动机是一种利用脉冲式爆震燃烧波产生推力的新概念发动机。由于爆震波的传播速度极快(达到几千米/秒)，以至于燃烧产物在燃烧过程中来不及发生膨胀，爆震过程非常接近等容燃烧过程，因此理论上其循环热效率要显著高于以等压燃烧为基础的常规航空发动机。另外，由于爆震过程还具有极强的增压能力，爆震发动机可以取消压气机和涡轮等旋转部件，因此还具有结构简单、重量轻、推重比大等优点。上述潜在的优势使得脉冲爆震发动机成为一种极具吸引力的航空航天推进技术，并在近十年来受到了各国科技界和工业界的极大关注。
根据进气装置的特点，目前脉冲爆震发动机可分为气动阀式和机械阀式两大类。其中，气动阀式爆震发动机虽然结构简单，但在爆震过程中往往有较大量的气流从发动机进口吐出，产生了反向冲量，为此其推进性能并不理想，目前尚未获得正推力。而机械阀式爆震发动机则又可分为膜片式、簧片式以及旋转式。膜片式、簧片式机械阀容易损坏，寿命较短，因此目前研究得较多的是旋转阀式爆震发动机。由于旋转阀式爆震发动机一般采用多管安装的形式，其结构复杂，体积和重量较大，需要较大的阀门驱动功率，且存在多管之间的进气、供油以及点火等的协调和控制问题，另外各爆震管之间还存在气动热力耦合干扰现象，因此虽然已有多种形式的旋转阀式爆震发动机相关研究报道，但由于其在原理上和技术上的难度，目前并没有取得完全成功。
因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
发明内容
发明目的：为了解决现有旋转阀式多管脉冲爆震发动机结构复杂、体积和重量大、所需阀门驱动功率高、多管协调控制困难以及存在耦合干扰等不足，本发明提供一种结构简单、重量轻、体积小，还避免了多爆震管之间的协调、控制以及耦合干扰的单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机。
技术方案：一种单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，该单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机包括中心锥体、包围中心椎体的唇罩、自唇罩沿纵长方向延伸的外壳体、自中心锥体延伸的推力壁筒体、筒式阀门、与筒式阀门连接并用以驱动筒式阀门转动的驱动电机、与筒式阀门贯通并位于外壳体内的爆震管、点火器、燃油喷嘴；所述筒式阀门与爆震管的内部具有内涵流道；
筒式阀门与驱动电机位于推力壁筒体的内侧；所述筒式阀门上开有多个内进气孔，所述推力壁筒体上设有多个外进气孔，驱动电机带动筒式阀门沿周向转动，当内进气孔与外进气孔重合，内进气孔开启，空气进入内涵流道，同时燃油喷嘴向内涵流道中供油；当内进气孔与外进气孔错开，内进气孔关闭，此时点火器点火，触发爆震。
有益效果：本发明所述的一种单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，由于以单爆震管的形式实现了旋转阀式爆震发动机，不仅结构筒单、重量轻、体积小，还避免了多爆震管之间的协调、控制以及耦合干扰等技术难题。
附图说明
图1是本发明单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机的整体结构示意图，并展示了从对称面剖开的状态。
图2是将唇罩和外壳体隐藏后，本发明单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机的内部结构侧视图。
具体实施方式
请参阅图1及图2所示，本发明公开了一种单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，中心锥体1、包围中心椎体1的唇罩2、自唇罩2沿纵长方向延伸的外壳体3、自中心锥体1延伸的推力壁筒体4、筒式阀门5、与筒式阀门5连接并用以驱动筒式阀门5转动的驱动电机6、与筒式阀门5贯通并位于外壳体3内的爆震管7、点火器8、燃油喷嘴9、前轴承10、后轴承11、前支撑12及后支撑13。筒式阀门5与驱动电机6位于推力壁筒体4的内侧；所述筒式阀门5上开有多个内进气孔20及位于内进气孔20后端的辅助进气挡板21，所述推力壁筒体4上设有多个外进气孔19，驱动电机6带动筒式阀门5沿周向转动。
所述中心锥体1与唇罩2之间构成进气流道14，所述爆震管7与外壳体3之间构成外涵流道16，而筒式阀门5与爆震管7的内部具有内涵流道17，推力壁筒体4上沿周向均匀开设的多个外进气孔19均与进气流道14相连。当筒式阀门5在驱动电机6的驱动下沿周向转动使内进气孔20与外进气孔19相重合时，筒式阀门5开启，在辅助进气挡板21的导引下，捕获气流由进气流道14通过外、内进气孔19、20进入内涵流道17，否则筒式阀门5关闭，捕获气流进入外涵流道16；所述燃油喷嘴8布置在进气通道15的尾部，并在气流进入内涵流道17时进行瞬态供油；所述点火器9布置在推力壁筒体4的头部22，在筒式阀门5关闭后进行点火，以触发爆震。所述内进气孔20的轴向长度与外进气孔19的轴向长度一致，但内进气孔20的周向弧长要大于外进气孔19的周向弧长，以保证内涵流道17进气时存在一平稳阶段，便于燃油喷嘴8进行供油。
所述爆震管7与外壳体3之间构成外涵流道16，当内进气孔20关闭，气体进入外涵流道16。采用内、外涵双涵流道17、16设计，使捕获气流在内涵流道16与外涵流道17之间切换，降低了进气堵塞导致的流动阻力，并利用内涵高速气流对外涵气流的引射作用实现了增推效果。
所述驱动电机6与筒式阀门5之间以驱动轴65连接，该驱动轴65外套设有前轴承10。所述筒式阀门5的后端插入于爆震管7的前端内，且筒式阀门5的后端与爆震管7的前端之间设有后轴承11。在本实施方式中，所述前轴承10为止推轴承，所述后轴承11为滚棒轴承。
所述前支撑12位于唇罩2及推力壁筒体4之间并用以固定推力壁筒体4的；所述后支撑13位于外壳体3及爆震管7之间，并用以固定爆震管7。所述前支撑12、推力壁筒体4以及筒式阀门5上的内进气孔20沿周向均匀分布。前支撑12、推力壁筒体4以及内进气孔20的数目为2～8个。所述外进气孔19位于相邻两个前支撑12之间，且前支撑12将进气流道14分割成若干与外进气孔19对应的进气通道15，从而使进气孔与进气通道15一一对应提高进气效率。
中心锥体1的半锥角为8°～40°。
本发明提供的单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，由于以单爆震管的形式实现了旋转阀式爆震发动机，不仅结构简单、重量轻、体积小，还避免了多爆震管之间的协调、控制以及耦合干扰等技术难题。同时，内外双涵道设计可使进气道捕获的气流在阀门开启时进入内涵道，在阀门关闭时进入外涵道，从而避免了气流在进气道内的周期性堵塞，保持了低的流动阻力，并减小了进气道对飞行器外流的非定常干扰。另外，在爆震管出口附近形成的引射喷管还可以利用内涵高速排气的能量对外涵气流形成引射作用，从而达到增加推力的效果。
本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，其特征在于：该单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机包括中心锥体(1)、包围中心椎体(1)的唇罩(2)、自唇罩(2)沿纵长方向延伸的外壳体(3)、自中心锥体(1)延伸的推力壁筒体(4)、筒式阀门(5)、与筒式阀门(5)连接并用以驱动筒式阀门(5)转动的驱动电机(6)、与筒式阀门(5)贯通并位于外壳体(3)内的爆震管(7)、点火器(8)、燃油喷嘴(9)；所述筒式阀门(5)与爆震管(7)的内部具有内涵流道(17)；
筒式阀门(5)与驱动电机(6)位于推力壁筒体(4)的内侧；所述筒式阀门(5)上开有多个内进气孔(20)，所述推力壁筒体(4)上设有多个外进气孔(19)，驱动电机(6)带动筒式阀门(5)沿周向转动，当内进气孔(20)与外进气孔(19)重合，内进气孔(20)开启，空气进入内涵流道(17)，同时燃油喷嘴(9)向内涵流道(17)中供油；当内进气孔(20)与外进气孔(19)错开，内进气孔(20)关闭，此时点火器(8)点火，触发爆震。
2.根据权利要求1所述的单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，其特征在于：所述爆震管(7)与外壳体(3)之间构成外涵流道(16)，当内进气孔(20)关闭，气体进入外涵流道(16)。
3.根据权利要求1或2所述的单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，其特征在于：所述筒式阀门(5)上还设置有位于内进气孔(20)后部的辅助进气挡板(21)。
4.根据权利要求3所述的单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，其特征在于：所述驱动电机(6)与筒式阀门(5)之间以驱动轴(65)连接，该驱动轴(65)外套设有前轴承(10)；所述筒式阀门(5)的后端插入于爆震管(7)的前端内，且筒式阀门(5)的后端与爆震管(7)的前端之间设有后轴承(11)。
5.根据权利要求3所述的单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，其特征在于：该单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机中还设置有位于唇罩(2)及推力壁筒体(4)之间并用以固定推力壁筒体(4)的前支撑(12)；以及位于外壳体(3)及爆震管(7)之间，并用以固定爆震管(7)的后支撑(13)。
6.根据权利要求5所述的单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，其特征在于：所述外进气孔(19)位于相邻两个前支撑(12)之间，且前支撑(12)将进气流道(14)分割成若干与外进气孔(19)对应的进气通道(15)。
7.根据权利要求6所述的单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，其特征在于：中心锥体(1)的半锥角为8°～40°。
8.根据权利要求7所述的单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，其特征在于：所述前支撑(12)、推力壁筒体(4)以及筒式阀门(5)上的内进气孔(20)沿周向均匀分布。
9.根据权利要求8所述的单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，其特征在于：所述前支撑(12)、推力壁筒体(4)以及内进气孔(20)的数目为2～8个。
10.根据权利要求1所述的单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机，其特征在于：所述内进气孔(20)的轴向长度与外进气孔(19)的长度一致，但内进气孔(20)的周向弧长要大于外进气孔(19)的周向弧长。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20130424 Termination date: 20211103 |