CN105781791A - 一种强化混合的脉动喷气用波瓣降噪引射器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种强化混合的脉动喷气用波瓣降噪引射器。普通脉动喷气发动机由于其非定常性，以及较高的工作频率，会产生刺耳的噪音。本发明通过在普通脉动喷气发动机尾部加装一种波瓣形引射器，增加空气质量流量，降低排气速度和排气温度，可以在不损失推力的情况下，显著降低发动机噪音水平。由于主喷管采用波瓣形，同时由于脉动喷气发动机的涡特性，大大提高了引射流量比，并且提高了主次流在混合管的混合程度，充分发挥了脉动喷气发动机的非定常特性和引射潜能。

Description

一种强化混合的脉动喷气用波瓣降噪引射器

技术领域

本发明属于脉动喷气发动机(pulsejet)领域，涉及一种强化混合的脉动喷气用波瓣降噪引射器

背景技术

脉动喷气发动机技术可以追溯到二十世纪初，并一度引发研究热潮。在二十世纪30年代，德国工程师PaulSchmidt设计了第一个工作级脉动喷气发动机，被后世称为施密特管。脉动喷气发动机第一次成功的实际应用是第二次世界大战时德国的“V1”飞弹，也是这一次让世界看到了脉动喷气发动机的巨大潜力，当时由于这种发动机会产生刺耳的“嗡嗡”声，所以被称为“嗡嗡弹”。脉动喷气发动机的深入理论研究开始于二十世纪50年代，Reynst(1961)发现了其声学特性，并提出四分之一管的概念。但是随着涡轮喷气发动机的兴起，其较高的工作压力和效率，使得脉动喷气发动机逐渐淡出人们视野。在二十一世纪初，由于脉动喷气发动机独有的简单结构和低廉的制造成本，以及潜在的大推重比，使得它在诸如航模动力、近程导弹、诱饵弹等领域受到广泛的关注。

目前，在国内爱好级脉动喷气发动机市场，诸如航模动力市场，一般都采用的是四分之一管。由于其工作噪音在100分贝以上，且工作频率较高，在100Hz量级，所以会让人感到很不舒适。而现在，人们的环保意识，尤其对诸如噪音污染等新形式的污染愈发重视。因此，如果要充分发挥脉动喷气发动机的优势，在更多方面得到应用，有效降噪就是一个很重要的问题。在涡轮喷气发动机领域，提出很多降噪技术和措施，比如锯齿形喷管等，然而在脉动发动机领域，此类措施并没有被提出，更没有得到充分应用。

针对上述情况，本发明提出了一种强化混合的脉动喷气用波瓣降噪引射器，该装置能够提高空气质量流量，降低排气速度和排气温度，从而有效降低噪音。该装置使用简单，可以直接加装于普通脉动喷气发动机尾部，或者在设计加工时与主发动机一体化。由于脉动发动机具有良好的线性缩放性能，因此给不同尺寸的脉动喷气发动机的引射器用同一类型结构解决提供了良好的理论基础。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种强化混合的脉动喷气用波瓣降噪引射器。它弥补了国内爱好级脉动喷气发动机降噪领域的一些不足。它的基本原理在于通过主喷管主流的粘性剪切作用引射二次流，同时波瓣形主喷口产生流向涡强化引射混合，从而提高空气质量流量，降低排气速度和排气温度，以及改善出口气流流场的不稳定性，从而达到降低工作噪音的目的。

技术方案

一种强化混合的脉动喷气用波瓣降噪引射器，包括：安装边(1)，主喷管(2)，连接结构(4)和混合管(5)。其中安装边(1)用于将引射器的主喷管(2)与脉动喷气发动机的尾喷管连接；主喷管(2)指的是引射器中与脉动喷管发动机尾喷管对接的管道；混合管(5)是一段圆截面管道；主喷管(2)和混合管(5)之间用连接结构(4)连接；连接结构(4)是1到4个周向分布的肋条，每根肋条由轴向和径向两段组成，两段连接处呈直角。

主喷管是一种采用波瓣形结构的喷管，波瓣采用拱门式或类似结构的几何形式，波瓣数量在4到12左右。混合管与主喷管之间存在约为主喷管直径0.5到1.5的距离，其间通过1到4个左右的肋结构连接，肋条的前缘在气动性要求较高时采用相关气动方法设计，一般情况下采用半圆形结构替代。混合管采用等截面管道，其直径一般取主喷管直径的1.5到2.5倍，混合管的长度一般取主喷管直径的2到4倍。主喷管和混合管均采用薄壁结构，主喷管与混合管的连接可以采用尺寸较小的实心结构，也可以进行导流设计。

其中安装边与脉动喷气发动机的尾喷管采用螺栓连接，其余连接方式均采用焊接。

有益效果

与现在一般不限噪音的爱好级脉动喷气发动机相比，本发明优点突出，主要表现在：利用脉动喷气发动机本身的强烈非稳态特性所蕴藏的巨大卷吸能力来引射二次流，同时利用波瓣形主喷管产生流向涡等涡结构，来强化主流与二次流的混合，以及进一步提升引射流量比，从而使得从混合管喷射的流体相对于主喷管而言，无论在速度还是温度都降低了很多，并且在出口流场的品质上也有提高，最终达到有效降低噪音的目的。而且，由于引射器的作用，在降噪的同时，在一定飞行速度(完全包容爱好级脉动喷气发动机工作范围)内，不仅不会损失发动机本身的推力性能，还会很可观的增加其推力。

附图说明

图1：引射器整体正等轴测图

图2：引射器主视

图3：沿C-C截面剖视图

图4：沿D-D截面剖视图

图中(1)安装边，(2)主喷管，(3)主喷管波瓣段出口，(4)连接结构，(5)混

合管，(6)混合管出口，(7)螺纹孔，(8)主喷管等截面段，(9)主喷管波瓣段

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

如图1所示，本发明提供了一种强化混合的脉动喷气用波瓣降噪引射器，引射器由安装边(1)，主喷管(2)，连接结构(4)和混合管(5)组成。其中安装边(1)上开有四个螺纹孔(7)用于将引射器与脉动喷气发动机喷管连接，对于与脉动喷气发动机一体化设计的引射器可以不用安装边(1)。其中主喷管(2)包括等截面段(8)和波瓣段(9)。连接结构(4)将主喷管(2)与混合管(5)连接在一起，同时承担混合管产生的推力。

实施例1如图1所示，一种强化混合的脉动喷气用波瓣降噪引射器，选择喷管直径匹配的脉动喷气发动机，用螺栓将其连接在一起，保证气密性。当脉动喷气发动机喷管中的气流，经过主喷管的等截面段，并逐渐过渡到波瓣段时，气流随着波瓣形成一个与轴线成一定角度的速度，原始的单一方向的气流被分为多个方向的具有径向速度的流路，这些不同流路会在波瓣出口产生以流向涡为主的大量涡结构，这些涡结构会加大二次流的流量。二次流与主流在进入混合段之前会有一个预混合，其过程为：主流压力明显大于环境压力，在从喷管喷出后随即产生膨胀，而在膨胀过程中与二次流会发生掺混，在一定程度上增加二次流的压力，而降低主流压力。进一步的掺混发生在混合管中，因此，混合管的几何结构极大地影响着混合的质量，从而影响着引射器出口流场品质，最终影响降噪的性能。经过混合管的较为充分的混合，在引射器出口的气流的流速已经明显低于主喷管气流流速，气流温度也由于与冷的二次流的掺混而大大降低，其非稳定性和不均匀性也得到改善。在预掺混和混合过程中，由波瓣形喷管产生的流向涡结构都在发挥作用，从而提高掺混效果，有效减小混合管长。

Claims (4)

1.一种强化混合的脉动喷气用波瓣降噪引射器，包括：安装边(1)，主喷管(2)，连接结构(4)和混合管(5)。其中安装边(1)用于将引射器的主喷管(2)与脉动喷气发动机的尾喷管连接；主喷管(2)指的是引射器中与脉动喷管发动机尾喷管对接的管道；混合管(5)是一段圆截面管道；主喷管(2)和混合管(5)之间用连接结构(4)连接；连接结构(4)是二到六个周向分布的肋条，每根肋条由轴向和径向两段组成，两段连接处呈直角。安装边(1)与脉动喷气发动机喷管采用螺栓连接，其余结构均采用焊接。

2.根据权利要求1所述的一种强化混合的脉动喷气用波瓣降噪引射器，其特征在于：主喷管(2)由等截面段(8)和波瓣段(9)组成。其中等截面段(8)的几何尺寸与脉动喷气发动机喷口一致，波瓣段(9)与等截面段(8)连接。在波瓣与混合管(5)之间，通过连接结构(4)连接。

3.根据权利要求1、2所述的一种强化混合的脉动喷气用波瓣降噪引射器，其特征在于：所述的波瓣形主喷管中，波瓣采用拱门式或类似结构的几何形式，波瓣数量在4到12左右。波瓣出口(3)与等截面段(8)光滑过渡。混合管与主喷管之间存在约为主喷管直径0.5到1.5的距离，其间通过2到6个左右的肋条结构连接，肋条的前缘在气动性要求较高时采用相关气动方法设计，一般情况下采用半圆形结构替代。混合管采用等截面管道，其直径一般取主喷管直径的1.5到2.5倍，混合管的长度一般取主喷管直径的2到4倍。

4.根据权利要求1、2、3所述的一种强化混合的脉动喷气用波瓣降噪引射器，其特征在于：主喷管和混合管均采用薄壁结构，主喷管与混合管之间的连接结构(4)可以采用尺寸较小的实心结构。