CN102619644B - 一种减小吸气式脉冲爆震进气道反压的结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的装置，沿着来流方向，依次为收缩段及引流段。收缩段形成一个逐渐收缩的流道，收缩段形成的曲面凹向发动机内壁；引流段与收缩段贴合在一起。引流段的喉道面积与收缩段喉道面积相同；其前缘一方面顺着上述收缩流道方向形成一个逐渐收缩的流道，该收缩流道形成的曲面凹向爆震室中轴线，另一方面向后形成一段与发动机内壁平行的直段，与发动机内壁形成一个等截面环形流道。引流段形成收缩流道结构的前缘开有环形槽，环形槽由若干肋片隔开，肋片使得引流段成为一个整体。本发明能改变反传燃气的流动方向，减小反传燃气的总压，从而减小进气道内的压力脉动，提升吸气式脉冲爆震发动机的推进性能。

Description

一种减小吸气式脉冲爆震进气道反压的结构

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，涉及一种减小吸气式脉冲爆震进气道反压的装置。

背景技术

吸气式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。吸气式脉冲爆震发动机在工作时，新鲜空气必须周期性地填充爆震室，所以其进气道不能完全封闭。按照进气道内是否带有机械阀，吸气式脉冲爆震发动机进气道可以分为机械阀式和无阀式（气动阀式）两种。

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。所以进气道内阀的另一个功能是将爆震室内的高压环境与进气道隔离开来，使得进气道不仅能为发动机的稳定工作提供连续稳定的来流，还能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。机械阀式进气道已被尝试用于吸气式脉冲爆震发动机（如旋转阀式进气道），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、控制及寿命问题，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，它通过设计进气流道内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。此外，由于没有机械阀门，在进气阶段，气动阀式进气道的进气阻力比机械阀式进气道的进气阻力要小很多。但是，由于爆震室内的压力很高，要想凭借气动阀完全阻止燃气的反传，还需要研究者做大量的工作。

值得注意的是，前人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，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，在进气道末端与回传爆震形成位置之间的这一段距离，完全可以植入对应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，本发明提出一种减小吸气式脉冲爆震进气道反压的装置，该装置能提高发动机工作稳定性，并能使得部分反传燃气改变流动方向，同时减小其总压，从而减小反传燃气对发动机进气道的影响。

技术方案

一种减小吸气式脉冲爆震进气道反压的装置，其特征在于包括前法兰1，收缩段2、引流段3和后法兰5；前法兰1与后法兰5贴合后形成一个凹槽，收缩段2与引流段3卡在该凹槽内并固定；引流段3带有一个外冠，外冠通过肋片与引流段形成收缩流道的结构相连；肋片之间沿轴向开有环形槽，收缩段2，引流段3与发动机内壁面4形成一个相通的流道；反传燃气向前传播时，部分燃气会进入到引流段3与发动机内壁面形成的环形流道，而后经过引流段3的环形凹槽，最后由收缩段2与引流段3之间形成的流道流出。

所述收缩段的喉道直径与发动机内径比值不小于0.65。

所述收缩段与引流段形成收缩流道的结构相隔距离小于0.15倍爆震室内径。

所述引流段肋片及其以下部分与发动机壁面相隔距离小于0.15倍爆震室内径。

有益效果

本发明提出的一种减小吸气式脉冲爆震进气道反压的装置，有益效果是：一般来说，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，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，在进气道末端与回传爆震形成位置之间的这一段距离，完全可以植入对应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。本发明可以用于发动机内回传爆震形成位置之前的任意位置，且数量不受限制。反传燃气经过该组合结构后，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可能在这段时间内传播到该结构附近，进而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。

附图说明

图1：本发明的装置图；

图2：本发明的实施例示意图；

图中1.前法兰，2.收缩段，3.引流段，4.爆震室壳体，5.后法兰，6.进气道壳体，7.进气锥，8.圆柱形结构，9.燃油喷嘴，10.爆震室，11.爆震增强装置，12.火花塞。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

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爆震室。但是本发明也适用于某些要求减小高压燃气回传的燃烧器。

本实施例包括收缩段及引流段两部分构成。沿着来流方向，依次为收缩段及引流段。收缩段形成一个逐渐收缩的流道，收缩段的喉道直径与爆震室内径比值不小于0.65，收缩段形成的曲面凹向发动机内壁；引流段与收缩段贴合在一起。引流段的喉道面积与收缩段喉道面积相同；其前缘一方面顺着上述收缩流道方向形成一个逐渐收缩的流道，该收缩流道形成的曲面凹向爆震室中轴线，另一方面向后形成一段与发动机内壁平行的直段，与发动机内壁形成一个等截面环形流道。引流段形成收缩流道结构的前缘开有环形槽，环形槽由若干肋片隔开，肋片使得引流段成为一个整体。收缩段与引流段形成收缩流道的结构相隔一定距离（小于0.15倍爆震室内径），引流段肋片及其以下部分与发动机壁面也相隔一定距离（小于0.15倍爆震室内径）。收缩段，引流段与发动机壁面形成一个相通的流道。收缩段与引流段通过嵌入法兰之间的凹槽（或发动机壁面形成的凹槽）固定。

作为本发明的一种优选方案，将其用于进气道与点火室之间。燃油由推力壁喷出，与进气道来流掺混并雾化。收缩段形成的减缩流道能够改善燃油的雾化及掺混。由于该结构减小了推力壁之后的喉部面积，使得流道沿轴线方向的投影是完全封闭的，能够更有效地反射压缩波，减小DDT距离。

本实施例应用如图1及图2所示，本发明包括前法兰1、收缩段2、引流段3、爆震室壳体4及后法兰5。进气道壳体6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7，进气锥后部的圆柱形结构8与进气道壳体6形成一环形通道。气流经环形通道后进入收缩段2及引流段3。燃油由燃油喷嘴9喷出。燃油喷出后与气流在爆震室10混合，当两者混合均匀后，由火花塞12点燃混气并最终形成爆震。

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，而后经收缩2段及引流段3进入爆震室10。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10。当爆震室填充完毕，对点火器12发出点火信号，点火器12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11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、爆震室壳体4及收缩段组成的流道。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可能在这段时间内传播到该结构附近，进而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 (1)

1.一种减小吸气式脉冲爆震进气道反压的装置，其特征在于包括前法兰（1），收缩段（2）、引流段（3）和后法兰（5）；前法兰（1）与后法兰（5）贴合后形成一个凹槽，收缩段（2）与引流段（3）卡在该凹槽内并固定；引流段（3）带有一个外冠，外冠通过肋片与引流段形成收缩流道的装置相连；肋片之间沿轴向开有环形槽，收缩段（2）、引流段（3）与发动机内壁面（4）形成一个相通的流道；反传燃气向前传播时，部分燃气会进入到引流段（3）与发动机内壁面形成的环形流道，而后经过引流段（3）的环形槽，最后由收缩段（2）与引流段（3）之间形成的流道流出；所述收缩段的喉道直径与发动机内径比值不小于0.65；所述收缩段与引流段形成收缩流道的结构相隔距离小于0.15倍爆震室内径；所述引流段肋片及其以下部分与发动机壁面相隔距离小于0.15倍爆震室内径。

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