CN103953461B - 一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀，由文丘里、进气罩和弹性簧片三部分组成；进气罩固定在文丘里的直管段内，且与文丘里直管段紧密配合。圆柱环形进气罩的内环壁前段周向等间距有多个矩形进气孔，进气罩内环壁后段有多个与进气孔相对应的凸台，凸台中心有螺纹孔，弹性簧片通过螺钉固定在凸台上，弹性簧片在气动力的作用下发生弯曲变形遮盖住进气孔或弯向轴心。本发明机械阀能加速燃油和空气的掺混，有效地减小掺混距离，缩短发动机的长度；并能在压力反传时减小流通面积，减小回传至进气道的燃气流量及其压力，从而减小进气道内的压力脉动，有利于吸气式脉冲爆震发动机的稳定工作和提升推进性能。

Description

一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀

技术领域

本发明属于脉冲爆震发动机领域，具体地说,涉及一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀。

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、高压的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是周期性产生爆震波，新鲜的空气必须也周期性地填充入爆震室，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分为机械阀式和气动阀式两种进气道。

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，即过驱爆震，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，严重时进气道会不起动。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，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。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。

现有技术中，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内加入减小反压的公开结构较少。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

为了避免现有技术存在的不足之处，本发明提出一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀，该机械阀能减少回传到进气道内的反传燃气流量，同时减小其总压，从而减小了反传燃气对发动机进气道的影响，有利于提高发动机工作的稳定性和推进性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括进气道壳体连接法兰、爆震室壳体连接法、文丘里、进气罩、弹性簧片、进气孔、凸台、螺纹孔，进气道壳体连接法兰与爆震室壳体连接法兰相对扣合形成轴向贯通的环形凹槽，文丘里固定在凹槽内，两连接法兰通过螺栓固定连接；所述文丘里为圆环形结构，前段为逐渐收缩的流道，中间段为与爆震室壳体平行的直管段，后段形成逐渐扩张的流道，进气罩装卡在文丘里的直管段，且与文丘里直管段紧密配合；所述进气罩为圆柱环形，进气罩内壁面为等边多边形柱面，进气罩内环壁前段周向等间距有多个矩形进气孔，进气孔内端面为垂直面，进气罩内环壁后段有多个与进气孔相对应的凸台，凸台中心有螺纹孔，弹性簧片通过螺钉固定在凸台上，在气动力的作用下弹性簧片发生弯曲变形盖住进气孔或弯向轴心。

所述弹性簧片之间的间隔距离不小于1.5mm。

所述进气孔的宽度与弹性簧片的宽度比值不大于0.9。

所述凸台与进气孔内端垂直面的距离为1.5mm～2.5mm；凸台内接圆直径与发动机内径比值不小于0.66。

有益效果

本发明提出的减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀，由文丘里、进气罩和弹性簧片三部分组成。进气罩与文丘里紧密配合，弹性簧片通过螺钉固定在进气罩内环的凸台上。沿着来流方向，文丘里的前段形成逐渐收缩的流道，中间段为与爆震室壳体平行的等截面直管段，后段形成逐渐扩张的流道，扩张曲面凹向爆震室内壁；进气罩固定在文丘里的直管段，且与文丘里内直管段紧密配合。进气罩内壁面为等边多边形柱面，进气罩内环壁前段周向等间距有多个矩形进气孔，进气罩内环壁后段有多个与进气孔相对应的凸台，凸台中心有螺纹孔，弹性簧片通过螺钉固定在凸台上；弹性簧片在气动力的作用下发生弯曲变形遮盖住进气孔或弯向轴心。

本发明机械阀能加速燃油和空气的掺混，减小掺混距离，有效地缩短发动机的长度，并能在压力反传时减小流通面积，减小回传至进气道的燃气流量及其压力，从而减小进气道内的压力脉动，有利于吸气式脉冲爆震发动机的稳定工作和提升推进性能。

本发明机械阀用于进气道和爆震室之间的部位，该部位在回传爆震形成之前。反传燃气经过机械阀时，由于反传燃气的作用，弹性簧片将向外弯曲并盖住进气孔，使得燃气不能通过进气孔传入进气道，即减小了反传燃气的流通面积，减小了传入进气道内的反传燃气的流量。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能在这段时间内传播到该结构附近，从而削弱这部分燃气的压力。因此，机械阀可以减小反传燃气对进气道的影响，有利于爆震发动机的稳定工作。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀作进一步详细说明。

图1为本发明减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀示意图。

图2为本发明机械阀结构示意图。

图3为本发明的文丘里示意图。

图4为本发明的进气罩结构示意图。

图5为本发明的弹性簧片示意图。

图6为本发明的实施例示意图。

图中

1.进气道壳体连接法兰2.文丘里3.进气罩4.弹性簧片5.进气道壳体6.爆震室壳体7.火花塞8.爆震室壳体连接法兰9.进气孔10.凸台11.螺纹孔12.通孔13.进气道14.进气锥15.进气锥圆柱16.燃油喷嘴17.爆震室18.爆震增强装置

具体实施方式

本实施例是一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀。

参阅图1～图6，本实施例减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀，由进气道壳体连接法兰1、文丘里2、进气罩3、弹性簧片4、进气道壳体5、爆震室壳体6、火花塞7、爆震室壳体连接法兰8、进气孔9、凸台10、螺纹孔11、通孔12、进气道13、进气锥14、进气锥圆柱15、燃油喷嘴16、爆震室17、爆震增强装置18组成，进气道壳体连接法兰1与爆震室壳体连接法兰8相对扣合形成轴向贯通的环形凹槽，文丘里2固定在凹槽内，进气道壳体连接法兰1与爆震室壳体连接法兰8通过螺栓固定连接。文丘里2为圆环形结构，前段形成逐渐收缩的流道，中间段为与爆震室壳体平行的直管段，后段形成逐渐扩张的流道；进气罩3装卡在文丘里的直管段内，并且与文丘里2直管段紧密配合。进气罩3为圆柱环形，进气罩3内壁面为等边多边形柱面，进气罩3内环壁前段周向等间距有多个矩形进气孔9，进气孔9的内端面为垂直面，进气罩3内环壁后段有多个与进气孔9相对应的凸台10，凸台10中心开有螺纹孔，弹性簧片4通过螺钉固定在凸台上10，弹性簧片4之间的间隔距离不小于1.5mm。进气孔9的宽度与弹性簧片4的宽度比值不大于0.9；在气动力的作用下弹性簧片4发生弯曲变形遮盖住进气孔或弯向轴心。凸台10与进气孔9内端垂直面的距离为1.5mm～2.5mm；凸台10内接圆直径与发动机内径比值不小于0.66。

作为本发明的一种优选方案，是将机械阀应用在进气道与点火腔室之间。空气由进气道流入发动机，进气道中轴上有进气锥14，进气锥后部的进气锥圆柱15与进气道壳体5形成一个环形通道。气流经环形通道后一部分直接流入弹性簧片4围成的流道，另外一部分经进气孔9从侧向流入弹性簧片4围成的流道。燃油由燃油喷嘴16喷出。燃油喷出后与进气道来的气流在爆震室17混合，当两者掺混并雾化均匀后，火花塞7点燃混合气并最终形成爆震波。由于机械阀结构减小了进气锥圆柱15后面的喉道面积，使得流道沿轴线方向是完全封闭的，即进气锥圆柱15的端面面积大于喉道面积，这样进气锥圆柱15的端面能够更有效地反射压缩波，减小爆燃向爆震转变的距离。

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13，绕过进气锥14后进入由进气锥圆柱15与进气道壳体5形成的环形通道，其中，一部分直接进入弹性簧片4围成的流道，另一部分流入文丘里2收缩的流道后，流动方向向轴心方向改变，通过进气孔9后作用在弹性簧片4上，最后从弹性簧片4之间的间隙侧向流入弹性簧片4围成的流道，并与直接流入的气流混合。同时燃油从燃油喷嘴16喷出。侧向流入的气流将加速燃油与空气的掺混及雾化，缩短掺混距离。掺混并雾化良好的混合气体以一定速度填充爆震室17，当爆震室填充完毕，对火花塞7发出点火信号，火花塞7点燃可爆混合气形成爆燃波。爆燃波压力和温度不断升高，促使火焰加速。爆燃波经过爆震增强装置18后强度逐渐增加，在局部形成很多高温高压点。这些高温高压点向后发展形成了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。反传燃气到达弹性簧片4围成的通道，高压燃气作用在弹性簧片4上使其向外发生弯曲并盖住进气孔9，反传燃气不能通过进气孔9传回到进气道13，即反传燃气的回传通道面积变小，从而减小传入进气道13的反传燃气流量。另外，反传燃气通过弹性簧片4围成的通道后将与进气锥圆柱15的端面发生碰撞，碰撞会使一部分燃气的流动方向发生180o的偏转，部分燃气向后流动，同样减小传入进气道13内的反传燃气流量。碰撞后压力损失较大，总压降低，也削弱反传燃气对进气道13的影响。本发明机械阀不但加快燃油与空气的掺混和雾化，而且减小传入进气道13的反传燃气数量，降低反传压力的总压，减小脉冲波动；这些反传燃气对进气道13影响的减小，有利于爆震发动机的稳定工作，提高爆震发动机的推进性能。

Claims (4)

1.一种减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀，包括进气道壳体连接法兰、爆震室壳体连接法兰，进气道壳体连接法兰与爆震室壳体连接法兰相对扣合形成轴向贯通的环形凹槽，其特征在于:还包括文丘里、进气罩、弹性簧片、进气孔、凸台、螺纹孔，进气道壳体连接法兰与爆震室壳体连接法兰相对扣合形成轴向贯通的环形凹槽，文丘里固定在凹槽内，两连接法兰通过螺栓固定连接；所述文丘里为圆环形结构，前段为逐渐收缩的流道，中间段为与爆震室壳体平行的直管段，后段形成逐渐扩张的流道，进气罩装卡在文丘里的直管段，且与文丘里直管段紧密配合；所述进气罩为圆柱环形，进气罩内壁面为等边多边形柱面，进气罩内环壁前段周向等间距有多个矩形进气孔，进气孔内端面为垂直面，进气罩内环壁后段有多个与进气孔相对应的凸台，凸台中心有螺纹孔，弹性簧片通过螺钉固定在凸台上，在气动力的作用下弹性簧片发生弯曲变形盖住进气孔或弯向轴心。

2.根据权利要求1所述的减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀，其特征在于:所述弹性簧片之间的间隔距离不小于1.5mm。

3.根据权利要求1所述的减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀，其特征在于:所述进气孔的宽度与弹性簧片的宽度比值不大于0.9。

4.根据权利要求1所述的减小吸气式脉冲爆震发动机进气道反压的机械阀，其特征在于:所述凸台与进气孔内端垂直面的距离为1.5mm～2.5mm；凸台内接圆直径与发动机内径比值不小于0.66。