CN103089444B - 一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，由前锥和后锥组成；前锥头部内表面有带有外螺纹的轴向圆柱，后锥头部内表面有轴向的凸台，后锥头部外表面开有轴向的内螺纹盲孔；在后锥壁面上开有若干引流孔；前锥的外螺纹轴向圆柱与后锥的内螺纹盲孔配合固定，形成锥形环腔。工作时，燃烧火焰形成的压缩波在后锥的凸台上反射压缩波，能够加速缓燃向爆震的转变。爆震波形成后，回传爆震波传播到后锥，经后锥反射产生强激波向出口传播，降低反流总压。进入后锥的反流经过引流孔进入锥形环腔中，并顺着环腔流出，改变了部分反流的流动方向。从环腔流出的反流形成环形射流，与绕过后锥的反流相互作用，减小向前传播的反流流量和总压。

Description

一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体为一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构。
背景技术
脉冲爆震发动机是周期性工作的动力装置。按照是否自带氧化剂可以将脉冲爆震发动机分为吸气式脉冲爆震发动机和火箭式脉冲爆震发动机。吸气式脉冲爆震发动机由于需要周期性的吸入空气作为氧化剂，其进气道不能完全封闭。
吸气式脉冲爆震发动机点火后在形成稳定的爆震波之前，爆震室内会形成若干个局部的高温高压区(即热点)，然后才形成稳定的爆震波向发动机出口传播。但局部的高压区也会形成一道激波向进气道传播(称为回传爆震波)，回传爆震波后的燃气也会跟着流入进气道，造成发动机进气道的堵塞和不启动，严重影响发动机的工作。为此，必须在进气道和爆震室入口设计隔离结构，防止爆震室的反传燃气进入进气道影响进气道的正常工作。按照隔离结构的实现方式可以将它们分为机械阀和气动阀两种。机械阀安装在进气道和爆震室之间，在发动机的起爆，传播和排气阶段阀门关闭，发动机填充过程中阀门才打开。在阀门的关闭阶段，从进气道进入的高总压来流在阀体上滞止后会产生很大的负推力，这对机械阀的设计带来了挑战，而且机械阀如旋转阀等会附加阀体的控制系统，增加系统的复杂性。气动阀的结构简单，但脉冲爆震发动机周期性工作的原理要求气动阀的设计要满足正向流动阻力小，逆向流动阻力大的特点。现有的气动阀如Srnirnov锥形气动阀正向进气阻力极大，而旋流器式气动阀结构复杂，叶片受到周期性脉冲压力的作用后容易变形。总之，利用气动阀来降低进气道反压还需要大量的研究工作。
目前大部分气动阀的研究工作集中在如何在进气道出口设计阀体。在发动机的混合室，点火室等部位设计气动阀的相关研究很少。而事实是回传爆震波的位置距离发动机进气道很远，在不影响爆震波形成的条件下，可以在发动机混合室和点火室合理设计气动阀，减小反流的总压。
发明内容
要解决的技术问题
为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，能够利用反流产生推力增益，并改变反流的流动方向，减小反流的总压。
技术方案
本发明的技术方案为：
所述一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，其特征在于：由前锥和后锥组成；所述前锥为薄壁圆锥结构，在前锥头部内表面有带有外螺纹的轴向圆柱，圆柱轴线与前锥轴线重合；所述后锥为薄壁圆锥结构，在后锥头部内表面有轴向的凸台，在后锥头部外表面开有轴向的内螺纹盲孔，盲孔轴线与后锥轴线重合；在后锥壁面上开有若干引流孔；前锥的外螺纹轴向圆柱与后锥的内螺纹盲孔配合固定，在前锥的内表面与后锥的外表面之间形成锥形环腔；在后锥端面固定有支杆，用于与外部吸气式脉冲爆震发动机固定。
所述一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，其特征在于：前锥和后锥的锥角相同。
所述一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，其特征在于：后锥头部内表面的凸台面为外凸的抛物面。
所述一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，其特征在于：前锥和后锥采用相同的抛物型锥面。
所述一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，其特征在于：前锥的底圆半径大于后锥的底圆半径；前锥的最大横截面积与该结构所处的发动机内部流道的横截面积的比值小于0.6。
所述一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，其特征在于：后锥壁面上的引流孔轴线垂直于后锥壁面。
有益效果
本发明安装在吸气式脉冲爆震发动机进气道出口，混合室，点火室等流动速度不大，火焰传播速度不大的位置，在不影响发动机的稳定工作的前提下，本发明的安装数目可以不受限制。吸气式脉冲爆震发动机点火后，燃烧火焰形成的压缩波会在后锥的曲面凸台上反射压缩波，能够加速缓燃向爆震的转变。爆震波形成后，回传爆震波传播到后锥，经过后锥的反射产生一道强激波向出口传播，从而降低反流的总压。进入后锥的反流经过引流孔后进入前锥和后锥形成的锥形环腔中，并顺着环腔流出，从而改变了部分反流的流动方向。从环腔流出的反流形成环形射流，与绕过后锥的反流相互作用，减小了向前传播的反流流量和总压。另外，后锥和前锥在起爆后可以起到推力壁的作用，增强发动机的推力。
附图说明
图1：本发明的结构示意图；
图2：前锥的结构示意图；
图3：后锥的结构示意图；
图4：优选方案结构示意图；
图5：安装有本发明的吸气式脉冲爆震发动机结构示意图。
其中：1.前锥，2.后锥，3.引流孔，4.带外螺纹的圆柱，5.支杆，6.前法兰，7.后法兰，8.进气道外壳，9.混合室，10.进气锥，11.喷油嘴，12.点火器，13爆震室，14.螺旋型障碍物。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
参照附图5，本发明提出的减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构在本实施例中应用在发动机的混合室和点火室。
参照附图1，所述减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构由前锥1和后锥2组成。
参照附图2，所述前锥1为薄壁圆锥结构，在前锥头部内表面有带有外螺纹的轴向圆柱4，圆柱4的轴线与前锥轴线重合。
参照附图3，所述后锥2为薄壁圆锥结构，在后锥头部内表面有轴向的凸台，在后锥头部外表面开有轴向的内螺纹盲孔，盲孔轴线与后锥轴线重合；在后锥壁面上开有三排引流孔，为了更有效地引流反流，引流孔轴线垂直于后锥壁面。而后锥头部内表面的凸台面优选外凸的抛物面，可以反射激波和压缩波，在发动机点火后反射压缩波，有利于缩短缓燃向爆震转变的距离，而回传爆震波作用在凸台面会反射一道激波，降低反流的总压。
参照附图1，前锥和后锥的锥角相同，前锥1的底圆半径大于后锥2的底圆半径，前锥的外螺纹轴向圆柱与后锥的内螺纹盲孔配合固定，在前锥的内表面与后锥的外表面之间形成锥形环腔，并且前锥1上带外螺纹的圆柱4旋入后锥2的螺纹孔的深度可调，这样可以调节前锥1和后锥2形成的锥形环腔的空隙。作为优选方案，前锥和后锥采用相同的抛物型锥面，实现反流流入抛物型后锥2内表面后会因为流动的汇聚而产生很强的一道反射激波，从而极大的降低了反流的总压。
参照附图3，在后锥端面固定有支杆5，在支杆外端固定有环形冠，用于与吸气式脉冲爆震发动机固定。参照附图1，前法兰6和后法兰7贴合后形成一个环形凹槽将环形冠卡紧。当本装置固定在吸气式脉冲爆震发动机内，前锥的最大横截面积与本装置所处的发动机内部流道的横截面积的比值小于0.6，以保证发动机的有效进气面积。
参照附图5，发动机工作时，首先一定温度和压力的来流从进气道外壳8和进气锥10形成的环形通道中进入发动机的混合室9，与喷油嘴11喷出的燃油充分混合雾化后绕过前锥1进入爆震室。当爆震室填充完毕后，点火器12开始点火，在爆震室内形成缓燃波向爆震室出口传播，缓燃波经过螺旋型障碍物加速后形成一道爆震波向出口传播和一道回传爆震波向进气道传播。回传爆震波后的燃气也流向进气道。回传爆震波经过后锥2，在后锥2的凸台上反射一道强激波，从而降低了反流燃气的总压。大部分进入后锥2的反流燃气通过后锥2上的引流孔3进入前锥1与后锥2形成的锥形环腔中，并沿着锥形环腔以环形射流的方式流出。从锥形环腔流出的环形射流会与绕过后锥2的反流燃气相互作用，极大的减少了进入混合室9的反流燃气的流量和速度，从而降低了反流燃气的总压。另外，反流燃气作用在后锥和前锥内表面将产生很大的正推力，从而增强了发动机的推进性能。

Claims (6)

1.一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，其特征在于：由前锥和后锥组成；所述前锥为薄壁圆锥结构，在前锥头部内表面有带有外螺纹的轴向圆柱，圆柱轴线与前锥轴线重合；所述后锥为薄壁圆锥结构，在后锥头部内表面有轴向的凸台，在后锥头部外表面开有轴向的内螺纹盲孔，盲孔轴线与后锥轴线重合；在后锥壁面上开有若干引流孔；前锥的外螺纹轴向圆柱与后锥的内螺纹盲孔配合固定，在前锥的内表面与后锥的外表面之间形成锥形环腔；在后锥端面固定有支杆，用于与外部吸气式脉冲爆震发动机固定。
2.根据权利要求1所述一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，其特征在于：前锥和后锥的锥角相同。
3.根据权利要求1所述一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，其特征在于：前锥和后锥采用相同的抛物型锥面。
4.根据权利要求2或3所述一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，其特征在于：后锥头部内表面的凸台面为外凸的抛物面。
5.根据权利要求4所述一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，其特征在于：前锥的底圆半径大于后锥的底圆半径；前锥的最大横截面积与该结构所处的发动机内部流道的横截面积的比值小于0.6。
6.根据权利要求5所述一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的结构，其特征在于：后锥壁面上的引流孔轴线垂直于后锥壁面。
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