CN106704035B - 一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种降低脉冲爆震发动机固体障碍物流阻的装置，所属脉冲爆震发动机技术领域，由爆震管DDT段(1)，固定槽壳体(5)以及作动系统组成。其中，作动系统由作动板(2)，连接柱(8)，弹簧(9)，以及固体障碍物(10)构成。本发明使一部分爆震波冲击作动板(2)带动固体障碍物(10)收缩于爆震管DDT段内腔(7)中，保证排气及填充过程在低流阻状态下进行；处于固定槽槽道(3)中的高压燃气，可通过排气孔(4)沿轴向向下游排出，确保推力始终沿轴向向前；作动过程受脉冲爆震波控制，不受频率限制。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲爆震发动机技术领域，具体为一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置。
背景技术
脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine，简称PDE)是一种利用间歇式爆震波产生高温高压燃气来产生周期性推力的新概念发动机。提高PDE的工作频率是目前研究PDE的主要研究内容。
在现有常规尺度的脉冲爆震发动机中，通常在爆震管中装配固体障碍物以增加燃烧过程的扰动，来缩短缓燃向爆震转变过程(Deflagration to Detonation Transition,简称DDT)的时间，从而提高工作频率。但在爆震波产生后，位于爆震管中的固体障碍物会阻碍已燃混气的排放以及未燃混气的填充，造成的流动损失将降低发动机效率，限制PDE的工作频率进一步提高。
发明内容
要解决的技术问题
为了克服现有脉冲爆震发动机在排气及填充过程中流动损失大的不足，本发明提出了一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，能够降低固体障碍物在排气过程中带来的损失，提高脉冲爆震发动机的工作频率。并能利用DDT过程充分发展的爆震波带动作动器，自适应脉冲爆震发动机的工作频率。
技术方案
本发明的技术方案为：
所述一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，由爆震管DDT段(1)，固定槽壳体(5)以及作动系统组成，其特征在于：所述固定槽壳体(5)均匀布置于爆震管DDT段(1)外柱面，且固定槽槽道(3)与爆震管DDT段(1)的轴线相平行；所述固定槽壳体(5)开引流孔(6)，引流孔(6)使得固定槽槽道(3) 与爆震管DDT段(1)内管道相通；所述固定槽壳体(5)上开排气孔(4)，排气孔(4)使得固定槽槽道(3)与外界相通；所述固定槽壳体(5)开有用于固定作动系统的孔若干；所述爆震管DDT段(1)内表面开有放置部分作动系统的内腔(7)若干；所述作动系统由作动板(2)，连接柱(8)，弹簧(9)，以及固体障碍物(10)构成；所述作动板(2)的横截面呈“T”字型，且其凸出部分侧表面与固定槽槽道(3)侧表面重合，其面积应用于调节作动时间及受力大小；所述连接柱(8)上端与作动板(2)相连，穿过固定槽壳体(5)后，下端套入弹簧(9)，并与固体障碍物(10)相连；所述固体障碍物(10)与弹簧(9) 镶嵌于内腔(7)中，且弹簧(9)处于中度压缩状态，此时作动板(2)紧扣于固定槽壳体(5)上表面，作动系统呈关闭状态；所述弹簧(9)被完全压缩时，作动板(2)沿径向向外移动至上止点，作动系统呈开启状态。
所述的一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，其特征在于：所述作动系统处于关闭状态时，作动板(2)凸出部分侧表面堵住排气孔(4)，使得固定槽槽道(3)与外界隔绝；所述中度压缩的弹簧(9)使得作动板处于常闭状态且在此时，作动板(2)凸出部分上表面与固定槽槽道(3)内表面间存在间隙。
所述的一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，其特征在于：所述作动系统处于开启状态时，作动板(2)向外平移至上止点；此时弹簧(9)完全收缩于内腔(7)中；排气孔(4)由堵塞变为畅通，使得固定槽槽道(3)与外界相通，用于向外泄压。
所述的一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，其特征在于：在爆震发动机单次循环内，开始作动系统处于关闭状态，一小部分爆震波在爆震管DDT段(1) 末端形成后，通过引流孔(6)被引入至固定槽槽道(3)中，使得固定槽槽道 (3)中的压力升高；内外压差使作动板(2)开始沿径向向外平移，带动固体障碍物(10)向内腔(7)中收缩；平移过程直到作动系统处于开启状态时停止，此时爆震管DDT段(1)内进行排气及下一循环的填充过程；而固定槽槽道(3) 内的部分燃气通过排气孔(4)向外排出，使得其压力下降；作动板(2)由于弹簧(9)的作用开始向内平移，直至作动系统重新回到关闭状态。
所述的一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，其特征在于：所述固定槽壳体(5)及所述作动板(2)应具有与爆震管DDT段(1)相当的长度；在作动系统作动期间，所述固定槽壳体(5)与作动板(2)应有足够的气密性，以确保燃气工质仅能从排气孔(4)中排出；所述排气孔(4)的出口指向爆震管DDT 段(1)下游，其开孔位置、直径、个数应用于调节作动系统的作动时间；固定槽槽道(3)表面及作动板(2)凸出部分应采用轻质、抗高温、耐冲击材料。
所述的一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，其特征在于：所述固定槽槽道(3)深度沿爆震管轴线方向从前至后逐渐增大，其宽度及深度应用于调整作动系统的作动时间；所述引流孔(6)布置于爆震管DDT段(1)末端，位于爆震波形成位置之后；所述引流孔(6)的形状、大小及数量应用于调整作动系统的作动时间。
所述的一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，其特征在于：所述固体障碍物(10)的下表面为弧面，且弧面的曲率半径应为与爆震管DDT段(1)内表面相同；所述固体障碍物(10)与内腔(7)配合处，应保证一定的气密性，避免燃气流入内腔(7)，烧毁弹簧(9)；所述固体障碍物(10)在爆震管DDT段 (1)内应根据实际需要灵活布置，其数量应保证PDE正常起爆。
有益效果
本发明的有益效果是，在爆震发动机单次循环内，爆震波在爆震管DDT段 (1)末端形成后，部分高压燃气通过引流孔(6)被引入固定槽槽道(3)，内外压差使作动板(2)沿径向向外平移，带动固体障碍物(10)收缩于内腔(7) 中，使排气过程在低流阻状态下进行，有利于排出当前循环内的全部已燃混气；处于固定槽槽道(3)中的高压燃气，主要用于对作动板(2)做功，剩余燃气一部分从固定槽排气口(4)沿轴向向下游排出，一部分回流于爆震管内并向下游排出，确保推力始终沿轴向向前；排气过程后紧跟下一个循环的填充过程，在固体障碍物(10)未回到初始状态前，有利于可燃混气的快速填充；作动过程受脉冲爆震波控制，不受频率限制。
附图说明
图1：本发明示意图
图2：本发明实施例作动系统关闭状态示意图
图3：本发明实施例作动系统开启状态示意图
图4：本发明实施例的剖面图(左-作动系统关闭，右-作动系统开启)
其中，1-爆震管DDT段，2-作动板，3-固定槽槽道，4-排气孔，5-固定槽壳体，6-引流孔，7-内腔，8-连接柱，9-弹簧，10-固体障碍物。
具体实施方式
下面结合具体实施例、附图描述本发明：
实施例如图1、图2、图3及图4所示，由爆震管DDT段1，固定槽壳体5以及作动系统组成。其中，固定槽壳体5均匀布置于爆震管DDT段1外柱面，且固定槽槽道3与爆震管DDT段1的轴线相平行；固定槽壳体5开引流孔6，引流孔6使得固定槽槽道3与爆震管DDT 段1内管道相通；固定槽壳体5上开排气孔4，排气孔4使得固定槽槽道3与外界相通；固定槽壳体5开有用于放置作动系统的孔若干；爆震管DDT段1内表面开有放置作动系统的内腔7若干。作动系统由作动板2，连接柱8，弹簧9，以及固体障碍物10构成；作动板2的横截面呈“T”字型，且其凸出部分侧表面与固定槽槽道3侧表面重合；连接柱8上端与作动板2相连，穿过固定槽壳体5后，下端套入弹簧9，并与固体障碍物10相连；固体障碍物10与弹簧9镶嵌于内腔7中，且弹簧9处于中度压缩状态，此时作动板2紧扣于固定槽壳体5上表面，作动系统呈关闭状态，如图2及图4左所示；弹簧9被完全压缩时，作动板2沿径向向外移动至上止点，作动系统呈开启状态，如图3 及图4右所示。
工作时，作动系统开始处于关闭状态，如图2及图4左所示。燃气以缓燃波(等压燃烧过程，压力近似于常压)的形式进入爆震管DDT段1，沿箭头指示方向流经固体障碍物10阵列后发展成爆震波(高压)。其中，一部分高压燃气通过引流孔6被引至固定槽槽道3，如图2所示(其中实心箭头所指引流孔6被视野挡住)。由于内外的压差作用，使得常闭的作动板2带动连接柱8以及固定障碍物10沿径向向外平移。此时弹簧9被进一步压缩，直到弹簧9无法再压缩后，作动系统呈开启状态，如图3及图4右所示。此时固体障碍物10阵列被作动板2带动并完全收缩于内腔7中，如图4右所示，从而使已燃混气可以以更小的阻力从爆震管中排出，同时有利于下一个循环的未燃混气在管中快速填充。在作动系统开启状态下，处于固定槽槽道3中的高温高压燃气一部分可通过排气孔4向下游方向排出，一部分经引流孔6回流至爆震管DDT段1中，如图3所示(其中实心箭头所指引流孔6被视野挡住)。随着爆震管DDT段1中高压燃气的排出，固定槽槽道3中压力下降，当作动板2的受力小于弹簧9的弹力后，弹簧将带动作动板2沿径向向内平移，回到初始位置(关闭状态)，如图2 及图4所示所示。至此，完成一个工作循环。
Claims (7)
1.一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，由爆震管DDT段(1)，固定槽壳体(5)以及作动系统组成，其特征在于：所述固定槽壳体(5)均匀布置于爆震管DDT段(1)外柱面，且固定槽槽道(3)与爆震管DDT段(1)的轴线相平行；所述固定槽壳体(5)开引流孔(6)，引流孔(6)使得固定槽槽道(3)与爆震管DDT段(1)内管道相通；所述固定槽壳体(5)上开排气孔(4)，排气孔(4)使得固定槽槽道(3)与外界相通；所述固定槽壳体(5)开有用于固定作动系统的孔若干；所述爆震管DDT段(1)内表面开有放置部分作动系统的内腔(7)若干；所述作动系统由作动板(2)，连接柱(8)，弹簧(9)，以及固体障碍物(10)构成；所述作动板(2)的横截面呈“T”字型，且其凸出部分侧表面与固定槽槽道(3)侧表面重合，其面积应用于调节作动时间及受力大小；所述连接柱(8)上端与作动板(2)相连，穿过固定槽壳体(5)后，下端套入弹簧(9)，并与固体障碍物(10)相连；所述固体障碍物(10)与弹簧(9)镶嵌于内腔(7)中，且弹簧(9)处于中度压缩状态，此时作动板(2)紧扣于固定槽壳体(5)上表面，作动系统呈关闭状态；所述弹簧(9)被完全压缩时，作动板(2)沿径向向外移动至上止点，作动系统呈开启状态。
2.根据权利要求1所述的一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，其特征在于：所述作动系统处于关闭状态时，作动板(2)凸出部分侧表面堵住排气孔(4)，使得固定槽槽道(3)与外界隔绝；所述中度压缩的弹簧(9)使得作动板处于常闭状态且在此时，作动板(2)凸出部分上表面与固定槽槽道(3)内表面间存在间隙。
3.根据权利要求1所述的一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，其特征在于：所述作动系统处于开启状态时，作动板(2)向外平移至上止点；此时弹簧(9)完全收缩于内腔(7)中；排气孔(4)由堵塞变为畅通，使得固定槽槽道(3)与外界相通，用于向外泄压。
4.根据权利要求1所述的一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，其特征在于：在爆震发动机单次循环内，开始作动系统处于关闭状态，一小部分爆震波在爆震管DDT段(1)末端形成后，通过引流孔(6)被引入至固定槽槽道(3)中，使得固定槽槽道(3)中的压力升高；内外压差使作动板(2)开始沿径向向外平移，带动固体障碍物(10)向内腔(7)中收缩；平移过程直到作动系统处于开启状态时停止，此时爆震管DDT段(1)内进行排气及下一循环的填充过程；而固定槽槽道(3)内的部分燃气通过排气孔(4)向外排出，使得其压力下降；作动板(2)由于弹簧(9)的作用开始向内平移，直至作动系统重新回到关闭状态。
5.根据权利要求1所述的一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，其特征在于：所述固定槽壳体(5)及所述作动板(2)应具有与爆震管DDT段(1)相当的长度；在作动系统作动期间，所述固定槽壳体(5)与作动板(2)应有足够的气密性，以确保燃气工质仅能从排气孔(4)中排出；所述排气孔(4)的出口指向爆震管DDT段(1)下游，其开孔位置、直径、个数应用于调节作动系统的作动时间；固定槽槽道(3)表面及作动板(2)凸出部分应采用轻质、抗高温、耐冲击材料。
6.根据权利要求1所述的一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，其特征在于：所述固定槽槽道(3)深度沿爆震管轴线方向从前至后逐渐增大，其宽度及深度应用于调整作动系统的作动时间；所述引流孔(6)布置于爆震管DDT段(1)末端，位于爆震波形成位置之后；所述引流孔(6)的形状、大小及数量应用于调整作动系统的作动时间。
7.根据权利要求1所述的一种降低脉冲爆震发动机流阻的装置，其特征在于：所述固体障碍物(10)的下表面为弧面，且弧面的曲率半径应为与爆震管DDT段(1)内表面相同；所述固体障碍物(10)与内腔(7)配合处，应保证一定的气密性，避免燃气流入内腔(7)，烧毁弹簧(9)；所述固体障碍物(10)在爆震管DDT段(1)内应根据实际需要灵活布置，其数量应保证PDE正常起爆。
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Granted publication date: 20180403 |