CN103133182A - 一种二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘，由挡火盘前盘和挡火盘后盘的外环与同一内环之间的若干相同的三棱柱形成双层圆环结构，固定在预爆管上位于引射器唇口一端，且与引射器唇口间形成空气流道。挡火盘前盘、挡火盘后盘错位安装,挡火盘后盘的三棱柱位于挡火盘前盘的三棱柱之间；从挡火盘前盘的前端流入的空气与三棱柱的棱边接触流过挡火盘前盘，挡火盘后盘的三棱柱恰好挡住挡火盘前盘两三棱柱之间的引射空气流道，使得顺向流阻相对于逆向流阻更小。二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘能有效的防止二次爆震波前传的现象，并能引射大量的空气,不仅使其发动机的工作更稳定，而且提高了脉冲爆震发动机的推力。

Description

一种二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘

技术领域

本发明涉及脉冲爆震发动机领域，具体地说,涉及一种二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘。

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、高压燃气来作为推力的新概念推进装置。其根据是否采用大气作为工质，可以分为吸气式脉冲爆震发动机和火箭式脉冲爆震发动机。脉冲爆震发动机较之常规的推进系统有着独特的优点，如热循环效率高、推重比大、工作范围宽、结构简单、质量轻，尤其是分别能以吸气式和火箭式两种模态作为工作的方式。

脉冲爆震发动机要提高推力，其中一个方法是需要增大管径，但这势必导致点火起爆困难，而且要携带大量氧化剂；另外一个方法是提高其工作频率，但对于工作频率的提高是有限度的，所以用火箭式爆震管作为预爆管，用二次引射的空气作为氧化剂，把引射器作为二次爆震的吸气式脉冲爆震发动机，既可以解决大管径起爆难的问题，又可以提高发动机的推力。引射器对于脉冲爆震发动机而言是一种增加推力的装置，它的性能取决于主流和二次流间能量的有效转换。现有技术中,关于引射器的研究大部分是针对主流为定常流而言；一些实验研究表明向主流中引入非定常流会提高能量的有效转换，从而使其推力增加。脉冲爆震发动机是一种高度非定常流装置，所以引射器对于增加脉冲爆震发动机的推力性能有着重要的意义。但是在脉冲爆震发动机上增设的引射器在工作时内部压力远大于环境中的压力，此时就会存在二次爆震波前传的问题，如果在引射器入口没有任何防范措施，将无法产生正向的推力。为了改善上述问题，在引射器入口增设挡火盘，作用是使顺向流阻小于逆向流阻，并且其挡火盘设计为双盘，两双盘相错位一定的角度，从挡火盘后端面正向看去，后盘的三棱柱恰好挡住前盘两三棱柱之间的引射空气流道，使得顺向流阻相对于逆向流阻更小；这种结构设计既能防止二次爆震波前传，又能保证二次引射空气流入引射器。

发明内容

为避免现有技术存在的不足,提高脉冲爆震发动机的稳定性，防止脉冲爆震发动机二次爆震波前传的问题，本发明提出一种二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘,其结构简单,且能有效的防止二次爆震波前传的现象，并能引射大量的空气,不仅改善其脉冲爆震发动机的工作稳定性，而且提高了脉冲爆震发动机的推力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括挡火盘前盘、挡火盘后盘、三棱柱、内环、外环、引射器直管、预爆管、引射器唇口，挡火盘前盘的外环和挡火盘后盘的外环与同一内环之间设置的若干相同的三棱柱体形成双层圆环结构，固定安装在预爆管上位于引射器直管的引射器唇口一端，且与引射器唇口之间形成空气流道；挡火盘前盘和挡火盘后盘错位安装，挡火盘前盘后端面与挡火盘后盘前端面之间轴向距离为一个外环的宽度，挡火盘后盘的三棱柱位于挡火盘前盘的三棱柱之间；挡火盘后盘的后端面与内环的后端面为同一平面；所述内环为圆筒形，外侧轮廓截面为多边形，且呈若干长方形平面构成，长方形平面的数量与外轮廓多边形的边数相同；所述外环为圆形，内轮廓截面为多边形，且呈若干长方形平面构成，长方形平面的数量与内轮廓多边形的边数相同；所述三棱柱截面为等腰三角形，等腰三角形的底边边长与内环外侧轮廓多边形的边长相等，等腰三角形的顶点朝向挡火盘的前端。

挡火盘前盘与挡火盘后盘上的三棱柱分别沿内环周向间隔分布在内环外侧长方形平面的中线上。

所述挡火盘前盘和挡火盘后盘的外径与引射器直管的内径相等，挡火盘前盘和挡火盘后盘的内径与预爆管的外径相等。

内环外侧轮廓多边形的边数为其内切圆直径的40％-60％。

外环沿轴向的长度为引射器唇口直径的5%-10%，内环轴向的长度为外环轴向长度的4-5倍。

外环截面内轮廓的多边形边数与内环截面外轮廓的多边形边数相同。

有益效果

本发明一种二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘，由挡火盘前盘的外环和挡火盘后盘的外环与同一内环之间设置的若干相同的三棱柱体形成双层圆环结构，固定安装在预爆管上位于引射器唇口一端，且与引射器唇口之间形成空气流道；挡火盘前盘、挡火盘后盘错位安装,若干三棱柱之间的周向间距相同；挡火盘前盘后端面与挡火盘后盘前端面之间的轴向距离为一个挡火盘外环的宽度，挡火盘后盘的三棱柱位于挡火盘前盘的三棱柱之间，从挡火盘前盘的前端流入的空气与三棱柱的棱边接触，从三棱柱的两侧面流过挡火盘前盘，再从三棱柱的两侧面流过挡火盘后盘。但是从挡火盘后盘端反向流入的气流则是先接触到三棱柱的侧面，流过挡火盘后盘，再与挡火盘前盘的侧面接触流过挡火盘前盘。挡火盘前盘与挡火盘后盘沿周向相错位一定的角度，挡火盘后盘的三棱柱恰好挡住挡火盘前盘两三棱柱之间的引射空气流道，使得顺向流阻相对于逆向流阻更小。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘作进一步详细说明。

图1为本发明二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘示意图。

图2为本发明的挡火盘前盘结构图。

图3为本发明的挡火盘后盘后视图。

图4为本发明的实施例示意图。

图中:

1.内环  2.挡火盘与引射器唇口之间流道  3.三棱柱  4.环形通道5.喷油嘴  6.爆震室  7.爆震增强装置  8.引射器直管  9.预爆管  10.外环11.三棱柱之间空气流道  12.引射器唇口  13.挡火盘前盘  14.挡火盘后盘

具体实施方式

本实施例是一种二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘。

参阅图1、图2，本发明二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘，挡火盘前盘13的外环和挡火盘后盘14的外环与同一内环1之间设置的若干相同的三棱柱3体形成双层圆环结构，其固定安装在预爆管9上位于引射器直管的引射器唇口12一端，且与引射器唇口12之间形成空气流道；挡火盘前盘13和挡火盘后盘14错位安装,挡火盘后盘的后端面与内环1的后端面为同一平面，挡火盘前盘后端面与挡火盘后盘前端面之间的轴向距离为一个外环10的宽度，挡火盘后盘14的三棱柱3位于挡火盘前盘的三棱柱之间的空气通道；挡火盘前盘13与挡火盘后盘14的结构尺寸相同。

挡火盘前盘13与挡火盘后盘14的内环1为圆筒形，外侧轮廓为多边形，且呈若干长方形平面构成，长方形平面的数量与外轮廓多边形的边数相同。挡火盘前盘13与挡火盘后盘14的外环10为圆形，内轮廓为多边形，且呈若干长方形平面构成，长方形平面的数量与内轮廓多边形的边数相同；挡火盘前盘13上三棱柱3的数量与挡火盘后盘14上三棱柱3的数量各为挡火盘内环1外侧轮廓长方形平面数量的一半。挡火盘前盘13和挡火盘后盘14上的三棱柱截面为等腰三角形，靠近内环1一端的底面为下底面，靠近外环10一端的底面为上底面，等腰三角形的底边边长与内环1截面外轮廓多边形的边长相等，等腰三角形的顶点朝向挡火盘的前端，底边朝向挡火盘的后端；挡火盘前盘13与挡火盘后盘14上的三棱柱3分别沿内环1周向间隔分布在内环1外侧长方形平面的中线上。

挡火盘前盘13、挡火盘后盘14的外径与引射器直管8的内径相同，挡火盘前盘13和挡火盘后盘14的内径与预爆管9的外径相同。

本发明二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘，其内环1截面的外轮廓线为多边形，内轮廓线为圆形，内环1外侧轮廓多边形的边数为其内切圆直径的40％-60％；外环10截面的内轮廓线为多边形，外轮廓线为圆形，多边形边数与内环1截面外轮廓的多边形边数相同。外环10沿轴向的长度为引射器唇口12直径的5%-10%，内环1轴向的长度为外环10长度的4-5倍。

挡火盘前盘13与挡火盘后盘14内的三棱柱下底面与内环1外表面的长方形平面共面，且每隔一个矩形平面固定一个三棱柱3，每两个三棱柱3之间都形成结构相同的三棱柱之间空气流道11。挡火盘前盘13与挡火盘后盘14沿周向相差一个角度，其角度的大小与内环1截面外轮廓多边形相邻两顶点与其多边形内切圆圆心连线的夹角相同，从挡火盘的后端面正向看去，挡火盘后盘14的三棱柱恰好挡住了挡火盘前盘13两三棱柱之间空气流道11，使得顺向流阻相对于逆向流阻更小。

图4为本发明二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘的应用实例，其包括挡火盘前盘13、挡火盘后盘14、内环1、挡火盘与引射器唇口之间流道2、三棱柱3、环形通道4、喷油嘴5、爆震室6、爆震增强装置7、引射器直管8、预爆管9、外环10、三棱柱之间空气流道11、引射器唇口12,挡火盘前盘13和挡火盘后盘14的结构相同，内环1截面内轮廓圆的直径为68mm，外轮廓多边形内切圆的直径为74mm，多边形边数为36，内环1沿轴向的长度为40mm。外环10截面内轮廓多边形内切圆直径为114mm，多边形边数为36，外轮廓圆的直径为120mm，外环10沿轴向的长度为10mm。每个盘都是由外环和18个三棱柱构成，三棱柱3截面为等腰三角形，等腰三角形的顶点靠近挡火盘的前端，底边靠近挡火盘的后端。从挡火盘前端流入的空气，先是与三棱柱3的一条棱边接触，再从三棱柱的两侧面流过前盘，然后与挡火盘后盘14三棱柱的一条棱边接触，再从三棱柱3的两侧面流过后盘。但是从挡火盘后端反向的气流则是先接触到三棱柱的侧面，流过后盘，再与前盘三棱柱的侧面接触流过前盘。挡火盘前盘13与挡火盘后盘14沿周向相差一定的角度，角度的大小与内环截面外轮廓多边形相邻两顶点与该多边形内切圆圆心连线的夹角相同，从挡火盘的后端面正向看去，挡火盘后盘14的三棱柱恰好挡住挡火盘前盘13两三棱柱之间的引射空气流道。

如图3所示，内环的内径与预爆管9外径相同，外环的外径与引射器直管8内径相同，预爆管的内径为60mm，外径为68mm，预爆管总长为1600mm。引射器直管的内径为120mm，外径为126mm，引射器唇口12截面为四分之一圆弧，半径为50mm，引射器直管总长为1200mm。挡火盘固定在预爆管上，引射器与预爆管有重叠部分，重叠部分的长度为350mm，挡火盘、预爆管、引射器同轴安装。引射器内预爆管的出口处设有Shchelkin螺旋爆震增强装置7，螺旋簧丝直径12mm，螺距110mm。通过研究结果发现，靠近引射器内壁处相对于中心处能引射较多的空气，所以使挡火盘前盘的后端面与引射器入口端面共面。挡火盘与引射器唇口之间流道2引射的空气一部分从挡火盘与引射器唇口之间的空气流道流入，一部分从挡火盘三棱柱之间的空气流道11流入。引射的空气经过挡火盘之后，进入引射器直管与预爆管之间的环形通道4，两个沿周向均匀分布的喷油嘴5开始喷油并且与引射空气形成混气。混气流入爆震室6之后由预爆管9射出的高温高压气体将其点燃先进行缓燃燃烧，然后经过爆震增强装置7进行爆燃波向爆震波转变过程，最终形成二次爆震，从而产生更大的推力，提高了脉冲爆震发动机的性能。

Claims (6)

1.一种二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘,其特征在于:包括挡火盘前盘、挡火盘后盘、三棱柱、内环、外环、引射器直管、预爆管、引射器唇口，挡火盘前盘的外环和挡火盘后盘的外环与同一内环之间设置的若干相同的三棱柱体形成双层圆环结构，固定安装在预爆管上位于引射器直管的引射器唇口一端，且与引射器唇口之间形成空气流道；挡火盘前盘和挡火盘后盘错位安装，挡火盘前盘后端面与挡火盘后盘前端面之间轴向距离为一个外环的宽度，挡火盘后盘的三棱柱位于挡火盘前盘的三棱柱之间；挡火盘后盘的后端面与内环的后端面为同一平面；

所述内环为圆筒形，外侧轮廓截面为多边形，且呈若干长方形平面构成，长方形平面的数量与外轮廓多边形的边数相同；

所述外环为圆形，内轮廓截面为多边形，且呈若干长方形平面构成，长方形平面的数量与内轮廓多边形的边数相同；

所述三棱柱截面为等腰三角形，等腰三角形的底边边长与内环外侧轮廓多边形的边长相等，等腰三角形的顶点朝向挡火盘的前端。

2.根据权利要求1所述的二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘,其特征在于:挡火盘前盘与挡火盘后盘上的三棱柱分别沿内环周向间隔分布在内环外侧长方形平面的中线上。

3.根据权利要求1所述的二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘,其特征在于:所述挡火盘前盘和挡火盘后盘的外径与引射器直管的内径相等，挡火盘前盘和挡火盘后盘的内径与预爆管的外径相等。

4.根据权利要求1所述的二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘,其特征在于:内环外侧轮廓多边形的边数为其内切圆直径的40％-60％。

5.根据权利要求1所述的二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘,其特征在于:外环沿轴向的长度为引射器唇口直径的5%-10%，内环轴向的长度为外环轴向长度的4-5倍。

6.根据权利要求1所述的二次爆震吸气式脉冲爆震发动机的挡火盘,其特征在于:外环截面内轮廓的多边形边数与内环截面外轮廓的多边形边数相同。

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