CN102042121A - 一种多管脉冲爆震发动机的爆震管结构 - Google Patents

一种多管脉冲爆震发动机的爆震管结构 Download PDF

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彭畅新
袁成
王玮
张群
严传俊
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Abstract

本发明提出了一种多管脉冲爆震发动机的爆震管结构，其特征在于：包括至少2个爆震管，所有爆震管的中心轴线沿圆周方向均匀分布，沿圆周方向相邻的两个爆震管采用圆弧形联焰管相连通，联焰管内径与爆震管内径之比为1/3～1，联焰管中心轴线距爆震管燃料喷口的距离为为爆震管内径的2～4倍，在每个联焰管管壁中间位置安装有点火器。本发明能在采用小能量点火的前提下提高多管脉冲爆震发动机中单管的点火能量，缩短同样点火条件下的单管DDT距离，并能减小燃气反传对吸气式多管脉冲爆震发动机的不利影响，提高多管工作的同步性。

Description

一种多管脉冲爆震发动机的爆震管结构
技术领域
本发明涉及脉冲爆震发动机领域，具体为一种多管脉冲爆震发动机的爆震管结构。
背景技术
脉冲爆震发动机是一种利用间歇性爆震波产生的高温、高压燃气来产生推力的新概念推进装置。多管并联的脉冲爆震发动机具有热循环效率高、结构简单、推力范围宽等一系列优点。但多管并联的脉冲爆震发动机需要解决每个单管的可靠点火问题，目前多管脉冲爆震发动机点火一般采用弱火花点火和射流点火两种方式。前者通过对点火区的优化设计，在点火区内形成可燃混气低速区及合适点火的混气浓度，通过爆燃向爆震转变(DDT)实现爆震燃烧，这是现有的多管脉冲爆震发动机普遍采用的点火方式。后者一般是通过点燃预爆管内的混合物，燃气进入主燃烧室并点燃主燃烧室的混气来实现点火。弱火花点火虽然形式简单，但是需要一段较长的DDT距离，较长的DDT距离会限制发动机频率的提高，不利于提高发动机性能，且若点火区设计不佳，导致点火区内燃料过贫或过富，都将不能实现可靠的点火。热射流点火虽然点火能量较大，能够减小DDT距离，但是这种点火方式需要一个预爆管来引爆多个主爆震管，预爆管需要一套额外的油气供给及点火系统，增加了系统的复杂性，同时也会带来预爆管与主爆管的工作匹配问题。
发明内容
要解决的技术问题
为解决现有点火方式不能兼顾结构简单和较高点火能量的不足，本发明提出了一种多管脉冲爆震发动机的爆震管结构。
技术方案
本发明的技术方案为：
所述一种多管脉冲爆震发动机的爆震管结构，其特征在于：包括至少2个爆震管，所有爆震管的中心轴线沿圆周方向均匀分布，沿圆周方向相邻的两个爆震管采用圆弧形联焰管相连通，联焰管内径与爆震管内径之比为1/3～1，联焰管中心轴线距爆震管燃料喷口的距离为爆震管内径的2～4倍，在每个联焰管管壁中间位置安装有点火器。
所述一种多管脉冲爆震发动机的爆震管结构的优选方案，其特征在于：单个联焰管中心轴线的长度为单个爆震管外径的1～2倍。
有益效果
本发明提出的一种多管脉冲爆震发动机的爆震管结构综合了弱火花小能量点火以及射流点火方式的优点。一方面由于联焰管与其相连的两个爆震管相通，相邻两个爆震管内的可爆混气都能进入联焰管，这使得联焰管内的燃料不会过贫；而联焰管位于爆震管侧壁，其内径不大于爆震管内径，使得进入联焰管内的燃料不会过富，从而有利于联焰管内的可靠小能量点火。另一方面，点火器同时点火后，与每个爆震管相连的两个联焰管内的压缩波和火焰同时相向传出联焰管，在爆震管的点火室内相遇并点燃爆震管内混合燃气，这与点火器给单个爆震管点火的情形相比，点火室初始时刻的压力和火焰强度会明显增大，使得DDT距离缩短。此外，对于吸气式脉冲爆震发动机，在爆震波形成后，单个爆震管内的回传爆震波在经过联焰管区域时，联焰管形成的连通区域能有效削弱回传爆震波的强度，从而减小压力反传。而连通区域也使得多个爆震管之间的管内环境趋于一致，这有益于保持多管之间工作的同步。
附图说明
图1：本发明的结构图；
其中：1、爆震管；2、燃料喷口；3、联焰管；4、联焰孔；5、点火器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式描述本发明。
实施例1：
本实施例中的多管脉冲爆震发动机的爆震管结构包括有6个爆震管1，单个爆震管内径为50mm，管壁厚为4mm，单个爆震管总长为1500mm；6个爆震管的中心轴线沿圆周方向均匀分布，即6个爆震管的中心轴线在同一个圆周面上，圆周直径为250mm，且相邻两个爆震管中心轴线的圆心角相同均为60°。
相邻两个爆震管之间通过联焰管3相连通，每个联焰管3均为圆弧形，且圆弧半径相同为125mm，每个联焰管3的中心轴线长度为72.8mm，为爆震管外径的1.26倍。联焰管内径为20mm，为爆震管内径的0.4倍，联焰孔中心距爆震管燃料喷口的距离为150mm，为爆震管内径的3倍，在每个联焰管3管壁中间位置安装有点火器5。
在本实施例多管脉冲爆震发动机工作时，从爆震管燃料喷口喷出的燃料和氧化剂在预先掺混和雾化后填充爆震管的点火室，并且一部分可燃混气有联焰孔4进入联焰管3。每个联焰管3都有与其连接的相邻两个爆震管内的可燃混气进入，保证联焰管3内的可燃混气不会过贫，同时在联焰管3内形成低速区域，有利于在联焰管内可靠进行小能量点火。此后，点火器5同时点火，每个点火器的点火能量在50mJ左右，点火器同时点火后，每个联焰管内同时形成向两个出口传播的压缩波和低速火焰，与每个爆震管相连的两个联焰管内的压缩波和火焰同时相向传出联焰管，两道压缩波在单个爆震管中心相遇，强度突然加大，两股火焰在单管中心相遇，火焰强度加大，压缩波和火焰相互作用并点燃单个爆震管点火室内的可燃混气从而最终耦合形成爆震波。这与点火器给单个爆震管点火的情形相比，点火室初始时刻的压力和火焰强度会明显增大，使得DDT距离缩短。
实施例2：
本实施例中的多管脉冲爆震发动机的爆震管结构包括有6个爆震管1，单个爆震管内径为40mm，管壁厚为4mm，单个爆震管总长为1500mm；6个爆震管的中心轴线沿圆周方向均匀分布，即6个爆震管的中心轴线在同一个圆周面上，圆周直径为250mm，且相邻两个爆震管中心轴线的圆心角相同均为60°。
相邻两个爆震管之间通过联焰管3相连通，每个联焰管3均为圆弧形，且圆弧半径相同为125mm，每个联焰管3的中心轴线长度为82.8mm，为爆震管外径的1.73倍。联焰管内径为40mm，为爆震管内径的1倍，联焰孔中心距爆震管燃料喷口的距离为160mm，为爆震管内径的4倍，在每个联焰管3管壁中间位置安装有点火器5。
在本实施例多管脉冲爆震发动机工作时，从爆震管燃料喷口喷出的燃料和氧化剂在预先掺混和雾化后填充爆震管的点火室，并且一部分可燃混气有联焰孔4进入联焰管3。每个联焰管3都有与其连接的相邻两个爆震管内的可燃混气进入，保证联焰管3内的可燃混气不会过贫，同时在联焰管3内形成低速区域，有利于在联焰管内可靠进行小能量点火。此后，点火器5同时点火，每个点火器的点火能量在50mJ左右，点火器同时点火后，每个联焰管内同时形成向两个出口传播的压缩波和低速火焰，与每个爆震管相连的两个联焰管内的压缩波和火焰同时相向传出联焰管，两道压缩波在单个爆震管中心相遇，强度突然加大，两股火焰在单管中心相遇，火焰强度加大，压缩波和火焰相互作用并点燃单个爆震管点火室内的可燃混气从而最终耦合形成爆震波。这与点火器给单个爆震管点火的情形相比，点火室初始时刻的压力和火焰强度会明显增大，使得DDT距离缩短。

Claims (2)

1.一种多管脉冲爆震发动机的爆震管结构，其特征在于：包括至少2个爆震管，所有爆震管的中心轴线沿圆周方向均匀分布，沿圆周方向相邻的两个爆震管采用圆弧形联焰管相连通，联焰管内径与爆震管内径之比为1/3～1，联焰管中心轴线距爆震管燃料喷口的距离为爆震管内径的2～4倍，在每个联焰管管壁中间位置安装有点火器。
2.根据权利要求1所述的一种多管脉冲爆震发动机的爆震管结构，其特征在于：单个联焰管中心轴线的长度为单个爆震管外径的1～2倍。
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