CN106050471A - 一种用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置 - Google Patents

一种用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置，包括点火器、供油管、供气管、前壳体、后壳体、火焰筒、扩张管、火焰稳定器和直喷式喷嘴，前壳体和后壳体固连，后壳体和火焰筒固连，直喷式喷嘴设置在前壳体前段，点火器设置在前壳体和后壳体的连接处，便于点火器的安装，供油管穿过前壳体外壁，伸入前壳体内，与点火器固连，供气管过前壳体外壁，伸入前壳体内，与点火器固连，扩张管与点火器固连，火焰稳定器与扩展管固连。本发明能够保证高速气流条件下冲压发动机内形成不易熄灭的先锋火炬，且可以从火焰筒壁孔喷射出多组小火炬，此火炬用以引燃主燃烧室中的油气混合物，使发动机正常工作。

Description

一种用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置
技术领域
本发明属于冲压发动机技术领域，特别涉及一种用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置。
背景技术
冲压发动机是一种构造简单的航空发动机，其结构一般由进气道、点火装置、燃烧室、火焰稳定器、和喷管等部件组成。由于冲压发动机具有质量轻、成本低等优点，广泛用作飞行器续航段的动力装置。点火装置是为使液体燃料冲压发动机可靠点火和稳定燃烧而在其燃烧室中设置的必不可少的部件。
就目前较广泛使用的火花塞点火器而言，其优点是：设备简单，频率较高；缺点是：点火能量低，仅适用于点燃气态燃料或经雾化处理的液态燃料，油气混合物温度低，点火面积小，当电极间有有污染物时易导致点火失败，气体流速过高时难以点火或极易熄灭。
李庆、潘余、谭建国等在《亚燃冲压发动机中凹腔与V槽火焰稳定器性能对比分析[J]》（ 航空动力学报, 2010, 25(01):35-40.）中公开了一种用于液体冲压发动机的点火装置，其工作原理是先使用火花塞引燃氢氧混合气体，再使用燃气火焰点燃油气混合燃料，其点火成功率得到了提高，但需要另增加一套氢气供给装置，大大增加了结构的复杂程度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置，保证高速气流条件下冲压发动机内形成不易熄灭的先锋火炬，且可以从火焰筒壁孔喷射出多组小火炬，增大点火成功率，此火炬用以引燃主燃烧室中的油气混合物，使发动机正常工作。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置，其特征在于：包括点火器、供油管、供气管、前壳体、后壳体、火焰筒、扩张管、火焰稳定器和直喷式喷嘴，前壳体、后壳体和火焰筒依次连接，点火器位于前壳体和后壳体的连接处，直喷式喷嘴设置在前壳体上，且位于点火器前方，扩张管一端设置在后壳体内与点火器后端固连，另一端位于火焰筒内，火焰稳定器与扩展管后端固连，供油管穿过前壳体与点火器固连，供气管穿过前壳体与点火器固连。
所述点火器包括电热塞、紧固环、防风帽和点火器主体，点火器主体包括第一圆柱和第二圆柱，第一圆柱中心设有二阶通孔，第二圆柱设置在第一圆柱后端，第二圆柱后端面中心设有第一凹槽，点火器主体的第一圆柱侧壁上开有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔相互交叉且相通；防风帽的开口端设置在第二圆柱的第一凹槽内，帽身侧壁上平行设有至少两个第三通孔，紧固环前端面内壁设有一圈第二凹槽，第二圆柱外壁设置在所述第二凹槽内，与第二凹槽固连，第二凹槽卡住防风帽开口端，起固定作用，防风帽与气流出口端同侧，电热塞沿点火器主体中心轴方向设置在点火器主体的二阶通孔内；所述扩张管与紧固环后端固连，供油管和供气管自第一通孔两端伸入，且位于电热塞两侧，两个螺栓穿过前壳体后伸入第二通孔，通过上述供油管、供气管和两个螺栓将点火器与前壳体固连。
所述电热塞的发热杆与二阶通孔的内壁间隙为0.2mm~0.4mm。
所述第一圆柱直径小于第二圆柱直径；所述第二圆柱外壁面长度小于第二凹槽长度。
所述扩张管包括圆台管、第一圆柱管和第二圆柱管，第一圆柱管和第二圆柱管分别设置与圆台管的两端，第一圆柱管与紧固环固连，圆台管上自前向后设有两个相互垂直且相通的第四通孔、两个相互垂直且相通的第五通孔和两个相互垂直且相通的第六通孔，第四通孔和第六通孔开孔方向相同，第五通孔与第四通孔存在夹角；火焰稳定器自第二圆柱伸入后壳体，并与第二圆柱固连。
所述火焰筒包括自前向后依次平行设置的五组通孔组，每组通孔组包括三个通孔，所述三个通孔呈环形均匀分布，其中第二组通孔组和第四组通孔组开孔方向一致，其他三组通孔组开孔方向一致，且第二组通孔组、第四组通孔组均匀其他三组通孔组存在夹角。
上述夹角30°。
所述直喷式喷嘴外接供油装置，将燃油雾化喷入前壳体内。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）与火花塞式点火器相比，本发明无需燃油雾化装置，用电热塞点火能量大，温度高（运行温度1150℃），在点火过程中有效提高了可靠性。
（2）适应来流速度快速提高的条件，能够保证很高的点火成功率，当来流速度急速上升时也不会出现熄灭现象，同时本装置可点火来流区间也大大拓宽。
（3）本装置添加火焰筒可以大大增加有效点火面积，更加简单可靠的实现发动机点火作业。
（4）本装置无需调节点火器处进油、进气速度，通过直喷式喷嘴在点火器前段供给雾化燃料与来流空气进行混合，与点火器处微弱火焰相遇即可形成强大火炬。大大简化了操作难度，克服了油、气供给速度的匹配问题。
（5）本发明结构简单，造价低廉，可靠性强，便于加工装配。
附图说明
图1是本发明用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，一种用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置，包括点火器、供油管3、供气管8、前壳体2、后壳体4、火焰筒11、扩张管9、火焰稳定器10和直喷式喷嘴12，前壳体2、后壳体4和火焰筒11依次螺纹连接，点火器位于前壳体2和后壳体4的连接处，便于安装，直喷式喷嘴12设置在前壳体2上，且位于点火器前方，扩张管9一端设置在后壳体4内与点火器后端通过螺纹固连，另一端位于火焰筒11内，火焰稳定器10与扩展管9后端通过三个螺栓连接，且火焰稳定器10的主题中心线与扩张管9的主体中心线重合。供油管3穿过前壳体2与点火器固连，向点火器供油，供气管8穿过前壳体2与点火器固连，向点火器供气。
点火器包括电热塞1、紧固环5、防风帽6和点火器主体7，点火器主体7包括第一圆柱和第二圆柱，第一圆柱中心设有二阶通孔，第二圆柱设置在第一圆柱后端，第二圆柱后端面中心设有第一凹槽，点火器主体（7）的第一圆柱侧壁上开有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔相互交叉且相通；防风帽6的开口端设置在第二圆柱的第一凹槽内，帽身侧壁上平行设有至少两个第三通孔，紧固环5前端面内壁设有一圈第二凹槽，第二圆柱外壁设置在所述第二凹槽内，与第二凹槽固连，第二凹槽卡住防风帽6开口端，起固定作用，防风帽6与气流出口端同侧，电热塞1沿点火器主体7中心轴方向设置在点火器主体7的二阶通孔内；所述扩张管9与紧固环5后端螺纹固连，供油管3和供气管8自第一通孔两端伸入，且位于电热塞1两侧，两个螺栓穿过前壳体2后伸入第二通孔，通过上述供油管3、供气管2和两个螺栓将点火器与前壳体2固连。
电热塞1的发热杆与二阶通孔的内壁间隙为0.2mm~0.4mm。
电热塞1的引线从前壳体2外壁的走线孔中伸出。
点火器主体7的第一圆柱直径小于第二圆柱直径；所述第二圆柱外壁面长度小于第二凹槽长度。
扩张管9包括圆台管、第一圆柱管和第二圆柱管，第一圆柱管和第二圆柱管分别设置与圆台管的两端，第一圆柱管与紧固环5固连，圆台管上自前向后设有两个相互垂直且相通的第四通孔9-1、两个相互垂直且相通的第五通孔9-2和两个相互垂直且相通的第六通孔9-3，第四通孔9-1和第六通孔9-3开孔方向相同，第五通孔9-2与第四通孔9-1存在夹角；第二圆柱设有三组螺纹孔，火焰稳定器10自第二圆柱伸入后壳体4，并与第二圆柱通过螺栓固连。
扩张管9内来流速度偏低，为油气混合物顺利燃烧创造空间。
火焰稳定器10起稳定火焰的作用，当高速燃气火焰喷射出能有效稳定火焰，适应更高的来流速度
火焰筒11包括自前向后依次平行设置的五组通孔组，每组通孔组包括三个通孔，所述三个通孔呈环形均匀分布，其中第二组通孔组和第四组通孔组开孔方向一致，其他三组通孔组开孔方向一致，且第二组通孔组、第四组通孔组均匀其他三组通孔组存在夹角。
火焰筒11内部来流速度偏低油气混合物充分燃烧，一方面从壁孔喷出细小火炬另一方面从末端喷出先锋火炬，延长了点火长度，增大了点火面积，能够有效的提高点火成功率。
上述夹角为30°。
直喷式喷嘴12外接供油装置，将燃油雾化喷入前壳体2内。
直喷式喷嘴12一端连接供油装置，另一端雾化然后喷入前壳体2内，与来流行程油气混合物，随来流到达火焰筒11内燃烧。
工作原理：电热塞1提前通电工作数秒钟，待达到运行温度后，空气来流从图1的左侧进入点火装置，直喷式喷嘴13雾化燃油与来流混合，大部分油气混合物随来流被喷入火焰筒11内。同时供油管3和供气管8分别稳定供入燃油和空气，燃油遇高温立即气化，与供入的空气进入点火器主体7的空气进行混合形成油气混合物，油气混合物通过电热塞1第三阶凸台与点火器主体7间的间隙后进入防风帽6内，接触到伸出点火器主体7的炽热的电热塞1端部后迅速被点燃形成预混火焰，火焰和燃油经第四通孔后，沿紧固环5和防风帽6之间的空腔向右侧喷出，当火焰和燃油到达扩张管9之后，与通过扩张管9第一圆台上的第一通孔、第二通孔、第三通孔进入的空气混合燃烧，随气流继续向右喷射。经过火焰稳定器10到达火焰筒11后，与来流带来的油气混合物会和燃烧，形成强大的燃烧火炬，进而从火焰筒11的壁孔和末端喷射而出，引燃发动机内部的燃料，使发动机稳定工作。

Claims (8)

1.一种用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置，其特征在于：包括点火器、供油管（3）、供气管（8）、前壳体（2）、后壳体（4）、火焰筒（11）、扩张管（9）、火焰稳定器（10）和直喷式喷嘴（12），前壳体（2）、后壳体（4）和火焰筒（11）依次连接，点火器位于前壳体（2）和后壳体（4）的连接处，直喷式喷嘴（12）设置在前壳体（2）上，且位于点火器前方，扩张管（9）一端设置在后壳体（4）内与点火器后端固连，另一端位于火焰筒（11）内，火焰稳定器（10）与扩展管（9）后端固连，供油管（3）穿过前壳体（2）与点火器固连，供气管（8）穿过前壳体（2）与点火器固连。
2.根据权利要求1所述的用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置，其特征在于：所述点火器包括电热塞（1）、紧固环（5）、防风帽（6）和点火器主体（7），点火器主体（7）包括第一圆柱和第二圆柱，第一圆柱中心设有二阶通孔，第二圆柱设置在第一圆柱后端，第二圆柱后端面中心设有第一凹槽，点火器主体（7）的第一圆柱侧壁上开有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔相互交叉且相通；防风帽（6）的开口端设置在第二圆柱的第一凹槽内，帽身侧壁上平行设有至少两个第三通孔，紧固环（5）前端面内壁设有一圈第二凹槽，第二圆柱外壁设置在所述第二凹槽内，与第二凹槽固连，第二凹槽卡住防风帽（6）开口端，起固定作用，防风帽（6）与气流出口端同侧，电热塞（1）沿点火器主体（7）中心轴方向设置在点火器主体（7）的二阶通孔内；所述扩张管（9）与紧固环（5）后端固连，供油管（3）和供气管（8）自第一通孔两端伸入，且位于电热塞（1）两侧，两个螺栓穿过前壳体（2）后伸入第二通孔，通过上述供油管（3）、供气管（8）和两个螺栓将点火器与前壳体（2）固连。
3.根据权利要求2所述的用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置，其特征在于：所述电热塞（1）的发热杆与二阶通孔的内壁间隙为0.2mm~0.4mm。
4.根据权利要求2所述的用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置，其特征在于：所述第一圆柱直径小于第二圆柱直径；所述第二圆柱外壁面长度小于第二凹槽长度。
5.根据权利要求1所述的用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置，其特征在于：所述扩张管（9）包括圆台管、第一圆柱管和第二圆柱管，第一圆柱管和第二圆柱管分别设置与圆台管的两端，第一圆柱管与紧固环（5）固连，圆台管上自前向后设有两个相互垂直且相通的第四通孔（9-1）、两个相互垂直且相通的第五通孔（9-2）和两个相互垂直且相通的第六通孔（9-3），第四通孔（9-1）和第六通孔（9-3）开孔方向相同，第五通孔（9-2）与第四通孔（9-1）存在夹角；火焰稳定器（10）自第二圆柱伸入后壳体（4），并与第二圆柱固连。
6.根据权利要求1所述的用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置，其特征在于：所述火焰筒（11）包括自前向后依次平行设置的五组通孔组，每组通孔组包括三个通孔，所述三个通孔呈环形均匀分布，其中第二组通孔组和第四组通孔组开孔方向一致，其他三组通孔组开孔方向一致，且第二组通孔组、第四组通孔组均匀其他三组通孔组存在夹角。
7.根据权利要求6所述的用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置，其特征在于：上述夹角30°。
8.根据权利要求1所述的用于液体冲压发动机的预先雾化点火装置，其特征在于：所述直喷式喷嘴（12）外接供油装置，将燃油雾化喷入前壳体（2）内。
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