CN102606343A - 一种脉冲爆震发动机爆震室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脉冲爆震发动机的爆震室，其特征在于：在发动机内壁设有多个爆震增强装置，各个爆震增强装置之间相隔0.5～1倍发动机内壁的内径；所述爆震增强装置包括收缩段、固定肋和引流段；沿着进气方向设有一个形成逐渐收缩流道的收缩段，然后衔接一个引流段。相比于普通Schelkin螺旋突变的流道，正向流动损失小，减小了爆震室内的正向流阻损失，能在较短的距离内形成爆震波。本发明的爆震增强装置不易烧蚀，能有效地提高爆震室的使用寿命。传统的Schelkin螺旋通过焊接方式与发动机连接，当发动机高频工作时，爆震室内温度很高，容易烧蚀焊点，使得Schelkin螺旋失效。

Description

一种脉冲爆震发动机爆震室

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种脉冲爆震发动机爆震室。

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的新概念推进装置。按照是否自带氧化剂，脉冲爆震发动机可以分为火箭式和吸气式两种。

爆震的起爆方式分为两种，即直接起爆和间接起爆。前者需要巨大的点火能量，后者通过爆燃向爆震转变(DDT)形成爆震波。考虑到实用性，脉冲爆震发动机一般采用间接起爆的方式获得爆震波。具体来说，先采用较小的点火能量形成缓燃波，然后通过火焰与压缩波在爆震室内的相互作用最终形成爆震波。在爆燃向爆震转变的过程中，一般在爆震室内布置障碍物(爆震增强装置)，加强火焰的加速过程，减小DDT距离。爆震增强装置主要包括Schelkin螺旋结构、挡板结构、内槽结构及其他组合结构等。目前比较通用的爆震增强装置是Schelkin螺旋。火焰通过独特的螺旋式传播加速。这种加速过程缩短了DDT的轴向距离，从而缩短爆震室长度。但是，Schelkin螺旋存在流阻损失较大和容易烧蚀两大问题。流阻损失较大使得发动机的推力性能下降，而容易烧蚀使得发动机工作寿命受限。高频工作时由于爆震室内的温度很高，Schelkin螺旋的烧蚀问题尤为严重。而长时间高频工作是脉冲爆震发动机工程应用的必然要求。

对于吸气式脉冲爆震发动机，一个工作循环内，爆震波形成之前，爆震室内会产生若干局部的高温高压点(过驱爆震)，而后形成稳定的爆震波向出口传播，同时局部的高压促使部分燃气向进气道传播。反传燃气不仅使得发动机推进性能下降，还会影响发动机的正常工作，严重时进气道会不启动。目前针对减小进气道反压而采取的措施大多都是在进气道内进行的，如气动阀和机械阀等。普通的爆震室虽然能在一定程度上减小反传燃气的总压，但其并未考虑其减小反传燃气压力的功能，所以效果并不明显。在进气道之后(如点火室或爆震室)加入减小反压的结构目前还未见公开的报道。实际上，回传爆震波形成的位置距离进气道较远，在爆震室内可以植入更有效的结构或采取相应的措施，在不影响发动机工作稳定性的前提下，减小反传燃气的压力。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种脉冲爆震发动机爆震室，改善现有技术下爆震室流阻损失较大、容易烧蚀及吸气式脉冲爆震发动机爆震室不能有效减小反传燃气压力的问题。本发明地爆震室正向流阻损失较小、不易烧蚀并能有效减小吸气式脉冲爆震发动机反传燃气压力。

技术方案

一种脉冲爆震发动机的爆震室，其特征在于：在发动机内壁设有多个爆震增强装置，各个爆震增强装置之间相隔0.5～1倍发动机内壁的内径；所述爆震增强装置包括收缩段1、固定肋2和引流段3；沿着进气方向设有一个形成逐渐收缩流道的收缩段，然后衔接一个引流段；所述引流段的喉道面积与收缩段喉道面积相同，引流段3的前缘顺着收缩段1收缩流道的方向逐渐收缩，另一方面向后形成一段与发动机内壁5平行的直段，与发动机内壁5形成一个等截面环形流道；引流段3通过固定肋2与发动机内壁5相连，肋片之间沿轴向开有环形槽。

所述收缩段的喉道直径与发动机内径比值不小于0.65，且收缩段形成的曲面凹向爆震室中轴线。

所述收缩段与引流段形成收缩流道的结构的距离小于0.15倍爆震室内径。

所述引流段直段与发动机壁面相距小于0.15倍爆震室内径。

有益效果

本发明提出的一种脉冲爆震发动机爆震室，有益效果包括三个方面：首先，由于收缩段是一个逐渐收缩的流道，相比于普通Schelkin螺旋突变的流道，本发明的正向流动损失小。同时本发明爆震室内壁并未完全布满爆震增强装置，相比于普通Schelkin螺旋布满爆震室的结构，本发明进一步减小了爆震室内的正向流阻损失。而较小的正向流阻损失有利于发动机推进性能的提升。但是，在减小正向流阻损失的同时，本发明同时也能在较短的距离内形成爆震波。这是因为，类似于其他爆震增强装置，压缩波能够在该爆震室两个爆震增强装置之间多次反射叠加。压力波的多次反射增强了火焰的相互作用，使得火焰不断加速并最终形成爆震波。其次，相比于传统的Schelkin螺旋，本发明的爆震增强装置不易烧蚀，能有效地提高爆震室的使用寿命。传统的Schelkin螺旋通过焊接方式与发动机连接，当发动机高频工作时，爆震室内温度很高，容易烧蚀焊点，使得Schelkin螺旋失效。

本发明的爆震增强装置与发动机壁面融为一体，只要保证引流段与发动机内壁连接的固定肋有足够的强度就不存在上述失效问题。再次，对于吸气式脉冲爆震发动机，爆震室内的反传燃气会有一部分经过每一个爆震增强装置形成的流道，流动方向偏转大于90°，有一个向后的分速度。这个向后的分速度使得燃气改变流动方向，减小了传入进气道内的反传燃气数量。同时也延缓了高压燃气传入进气道的时间，使得发动机出口形成的膨胀波束有更多的时间反传燃气的压力。此外，由于该结构内流道较复杂，反传燃气流经该结构后压力损失较大，总压降低，也使得其对进气道的影响减弱。

附图说明

图1：本发明的结构图；

图2：本发明的实施例示意图；

图中1.收缩段，2.固定肋，3.引流段，4.爆震室，5.发动机内壁，6.火花塞，7.圆柱形结构，8.进气锥，9.燃油喷嘴。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明的应用领域是如图1所示的脉冲爆震发动机爆震室。但是本发明也适用于某些要求形成爆震波的和减小回传燃气压力的燃烧器。

本实施例如图2所示：在脉冲爆震发动机内壁设有5个爆震增强装置，各个爆震增强装置之间相隔0.8倍发动机内壁的内径；所述爆震增强装置包括收缩段1、固定肋2和引流段3；沿着进气方向设有一个形成逐渐收缩流道的收缩段，然后衔接一个引流段；所述引流段的喉道面积与收缩段喉道面积相同，引流段3的前缘顺着收缩段1收缩流道的方向逐渐收缩，另一方面向后形成一段与发动机内壁5平行的直段，与发动机内壁5形成一个等截面环形流道；引流段3通过固定肋2与发动机内壁5相连，肋片之间沿轴向开有环形槽。

所述收缩段的喉道直径与发动机内径比值为0.65，且收缩段形成的曲面凹向爆震室中轴线。所述收缩段与引流段形成收缩流道的结构的距离为0.14倍爆震室内径。所述引流段直段与发动机壁面相距为0.14倍爆震室内径。

爆震增强装置的工作原理：进气道壳体形成圆环形的进气道，空气由进气道流入发动机，进气道中轴处有一个进气锥8，进气锥后部的圆柱形结构7与进气道壳体形成一环形通道。气流经环形通道后进入爆震室4。燃油由燃油喷嘴9喷出。燃油喷出后与气流在爆震室4混合，当两者混合均匀后，由火花塞6点燃混气并最终形成爆震。

脉冲爆震发动机的工作原理如图2所示，在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，绕过进气锥7后进入环形通道，而后进入爆震室4。同时燃油由燃油喷嘴9喷出。掺混并雾化良好的混气以一定速度填充爆震室4。当爆震室4填充完毕，对点火器6发出点火信号，点火器6点燃可爆混合物形成爆燃。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后强度逐渐加强，在局部形成很多高温高压点。这些高温高压点向后发展成稳定的爆震波向爆震室出口传播。同时促使一部分燃气向前传播。反传燃气到达引流段3后，一部分燃气进入引流段3、发动机内壁5及收缩段1组成的流道。这部分燃气流出该流道后流动方向偏转大于90°，有一个向后的分速度。这个向后的分速度使得燃气改变流动方向，减小了传入进气道内的反传燃气数量。同时也延缓了高压燃气传入进气道的时间，使得发动机出口形成的膨胀波束有更多的时间消弱这部分燃气的压力。此外，由于该结构内流道较复杂，反传燃气流经该结构后压力损失较大，总压降低，也使得其对进气道的影响减弱。

Claims (4)

1.一种脉冲爆震发动机的爆震室，其特征在于：在发动机内壁设有多个爆震增强装置，各个爆震增强装置之间相隔0.5～1倍发动机内壁的内径；所述爆震增强装置包括收缩段(1)、固定肋(2)和引流段(3)；沿着进气方向设有一个形成逐渐收缩流道的收缩段，然后衔接一个引流段；所述引流段的喉道面积与收缩段喉道面积相同，引流段(3)的前缘顺着收缩段1收缩流道的方向逐渐收缩，另一方面向后形成一段与发动机内壁(5)平行的直段，与发动机内壁(5)形成一个等截面环形流道；引流段(3)通过固定肋(2)与发动机内壁(5)相连，肋片之间沿轴向开有环形槽。

2.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机的爆震室，其特征在于：所述收缩段的喉道直径与发动机内径比值不小于0.65，且收缩段形成的曲面凹向爆震室中轴线。

3.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机的爆震室，其特征在于：所述收缩段与引流段形成收缩流道的结构的距离小于0.15倍爆震室内径。

4.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机的爆震室，其特征在于：所述引流段直段与发动机壁面相距小于0.15倍爆震室内径。

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