CN107339166B - 一种脉冲爆震发动机燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉冲爆震发动机燃烧室，属于爆震发动机技术领域；其在进气道壳体与燃烧室壁面上设置有多排进气装置，各排气动进气装置之间相隔0.5～1倍燃烧室直径。进气装置由引流段和进气孔组成，进气道壳体形成圆环形二次进气道。引流段为连接进气道壳体和发动机壁面的空心圆柱，圆柱沿发动机轴向、周向有相同的倾角，在圆柱的前壁面设有多个进气孔。多排进气装置沿燃烧室周向错位均匀分布，后排进气装置位置以前排进气装置位置顺时针旋转一定角度来确定。该燃烧室内部未没置有其它部件，使用寿命长；且引流段在燃烧室的外部，有效地降低了爆震室内部流阻。

Description

一种脉冲爆震发动机燃烧室
技术领域
本发明涉及爆震发动机技术领域，具体地说，涉及一种基于气动扰流增强爆震的脉冲爆震燃烧室。
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、高压燃气来产生推力的新概念推进装置。按照是否自带氧化剂，脉冲爆震发动机可分为火箭式脉冲爆震发动机和吸气式脉冲爆震发动机。
爆震的起爆方式有两种，一种为直接起爆方式，一种为间接起爆方式。直接起爆需要巨大的点火能量，并不具有实用性；间接起爆是通过缓燃向爆震的转变过程形成爆震波，使用很小的点火能量形成缓燃波，再通过一系列DDT增强装置最终形成爆震波。常用的DDT增强装置为Shchelkin螺旋，在Shchelkin螺旋结构中，紊流的增强导致了火焰面积的扩大，从而加速了火焰的传播，火焰在不断加速的过程中，形成多个热点，热点的产生又进一步增强了火焰的加速，于是在火焰不断加速的过程中形成了爆震波。Shchelkin螺旋增强湍流表现在两个方面：一是其本身就是爆震管内的障碍物，障碍物会导致湍流的增强，二是其螺旋结构，螺旋结构与对称式或圆周式障碍物相比，能更有效地增加湍流度。
发明专利201310059114.9中公开了“一种脉冲爆震发动机燃烧室结构”，该脉冲爆震发动机燃烧室结构虽然减小了流阻，但流阻影响依旧很大，烧蚀问题也显现出来。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足之处，本发明提出一种脉冲爆震发动机燃烧室；该燃烧室内部未没置其它部件，且引流段在燃烧室的外部，有效地降低了爆震室内部流阻。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括燃烧室壁面、进气道壳体、引流段、进气孔，在进气道壳体与燃烧室壁面上设有多排进气装置，各排气动进气装置之间相隔0.5～1倍燃烧室直径；所述进气装置由引流段和进气孔组成，进气道壳体形成圆环形二次进气道；所述引流段为连接进气道壳体和发动机壁面的空心圆柱，圆柱沿发动机轴向、周向有相同的倾角，在圆柱的前壁面设有多个进气孔；多排进气装置沿燃烧室周向错位均匀分布，后一排进气装置位置由前一排进气装置位置顺时针旋转一定角度来确定。
所述进气道壳体与燃烧室壁面距离大于0.2倍燃烧室半径。
所述进气装置单排数量为3个，沿周向分布，相邻夹角为120°；进气装置设有6排，后一排进气装置位置由前一排进气装置顺时针旋转20°确定；所述引流段前倾，在轴向上与燃烧室壁面形成60°夹角，在周向上与燃烧室壁面形成60°夹角，喉部直径为10mm。
所述进气孔总面积大于引流段空心圆柱表面积的1/4。
有益效果
本发明提出的一种脉冲爆震发动机燃烧室，由于燃烧室内部没有其它部件，且引流段在燃烧室的外部，因此降低了爆震室内部流阻。火焰对外部部件烧蚀作用要远远小于内部部件，使用寿命得以延长。
本发明脉冲爆震发动机燃烧室，加强湍流度的方法为气动扰流，爆震室内部未没有任何增强装置。而传统的Shchelkin螺旋则是布满整个爆震室。因此，正面流阻大大减小，可有效提升发动机推力。在减小流阻的同时，增爆效果并没有减弱，通过沿爆震室周向均匀分布的引流段，进入爆震室的气体可在爆震室内形成旋流，达到与Shchelkin螺旋相近的效果。传统的Shchelkin螺旋由于设置在爆震室内部，当发动机工作时，爆震室内部温度非常高，容易烧蚀焊点。
本发明脉冲爆震发动机燃烧室与Shchelkin螺旋相比，燃烧室的增爆装置设置在爆震室外部，易于加工，不易烧蚀，使用寿命长。由于脉冲爆震发动机燃烧室设有进气孔，减小了起爆器内的反传燃气进入环形进气道的流量，保证发动机工作顺利进行。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种脉冲爆震发动机燃烧室作进一步详细说明。
图1为本发明脉冲爆震发动机燃烧室侧视图。
图2为本发明脉冲爆震发动机燃烧室示意图。
图3为本发明脉冲爆震发动机燃烧室的应用实例示意图。
图中
1.燃烧室壁面 2.进气道壳体 3.引流段 4.进气孔 5.火花塞 6.燃油喷嘴 7.圆柱体 8.进气锥
具体实施方式
本实施例是一种脉冲爆震发动机燃烧室。
参阅图1、图2，本实施例脉冲爆震发动机燃烧室，包括燃烧室壁面1、进气道壳体2、引流段3、进气孔4，其中，在进气道壳体2与燃烧室壁面1上设置有多排进气装置，各排气动进气装置之间相隔0.5～1倍燃烧室直径。进气装置由引流段3和进气孔4组成，气道壳体2形成圆环形二次进气道。引流段3为连接进气道壳体2和发动机壁面的空心圆柱，圆柱沿发动机轴向、周向有相同的倾角，在圆柱的前壁面设置有多个进气孔。多排进气装置沿燃烧室周向错位均匀分布，且后一排进气装置位置由前一排进气装置顺时针旋转一定角度来确定。
本实施例中，进气装置单排数量为3个，沿周向分布，相邻夹角为120°；进气装置设有6排，后一排进气装置位置由前一排进气装置顺时针旋转20°确定。引流段前倾，在轴向上与燃烧室壁面形成60°夹角，在周向上与燃烧室壁面形成60°夹角，喉部直径为10mm。进气道壳体与燃烧室壁面距离大于0.2倍燃烧室半径。进气孔4总面积大于引流段3空心圆柱表面积的1/4。
脉冲爆震燃烧室的结构:
如图3所示，进气道壳体2形成环形进气道，气体由进气道进入。在燃烧室入口轴心处设有进气锥8，进气锥后部为一圆柱体7，并与进气锥8为一体结构，圆柱体与进气道壳体2形成环形进气道。空气由进气道进入燃烧室，并与燃油喷嘴6喷出的燃油充分混合后由火花塞5点燃，通过燃烧室，经过缓燃向爆震的转变最终形成爆震。
脉冲爆震发动机的工作原理:
本实施例在脉冲爆震燃烧室的一个工作周期内，具有一定速度的空气由进气道进入，经过进气锥8，并通过环形进气道到达爆震室。在气体进入爆震室的同时，燃油喷嘴6喷出燃油，燃油与可燃混气进行掺混，掺混后好的可燃气体以一定速度填充爆震室。填充完毕后，火花塞5点火，爆燃波形成。爆燃波在爆震室内向前传播的同时，通过进气道壳体与燃烧室壁面形成的环形进气道的低浓度可燃混气由引流段喷出形成旋流。旋流的存在使流体的湍流度增加，湍流的增强导致了火焰面积的扩大，从而加速了火焰的传播，火焰在不断加速的过程中，形成大量热点，热点的产生又进一步增加了火焰的速度，于是在火焰不断加速的过程中形成了爆震波。爆震波形成之后，扰流气流在爆震室内外压差的作用下自动关闭。此外，由于引流段只有前壁面开有进气孔，因此减少了反传燃气传入进气道的流量，反传燃气对进气道的影响减小。

Claims (4)

1.一种脉冲爆震发动机燃烧室，其特征在于:包括燃烧室壁面、进气道壳体、引流段、进气孔，在进气道壳体与燃烧室壁面上设有多排进气装置，各排气动进气装置之间相隔0.5～1倍燃烧室直径；所述进气装置由引流段和进气孔组成，进气道壳体形成圆环形二次进气道；所述引流段为连接进气道壳体和发动机壁面的空心圆柱，圆柱沿发动机轴向、周向有相同的倾角，在圆柱的前壁面设有多个进气孔；多排进气装置沿燃烧室周向错位均匀分布，后一排进气装置位置由前一排进气装置位置顺时针旋转一定角度来确定。
2.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机燃烧室，其特征在于:所述进气道壳体与燃烧室壁面距离大于0.2倍燃烧室半径。
3.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机燃烧室，其特征在于:所述进气装置单排数量为3个，沿周向分布，相邻夹角为120°；进气装置设有6排，后一排进气装置位置由前一排进气装置顺时针旋转20°确定；所述引流段前倾，在轴向上与燃烧室壁面形成60°夹角，在周向上与燃烧室壁面形成60°夹角，喉部直径为10mm。
4.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机燃烧室，其特征在于:所述进气孔总面积大于引流段空心圆柱表面积的1/4。
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