CN107605603B - 一种用于脉冲爆震发动机的点火系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于脉冲爆震发动机的点火系统，包括射流发生器、脉冲爆震发动机和控制系统；所述脉冲爆震发动机包括爆震室、进气室和尾喷室；所述尾喷室内设有燃气探测器；所述射流发生器包括射流腔和燃料室，所述射流腔和燃料室之间设有封板，所述燃料室与封板之间安装旋流器；所述第一燃气室内设有至少2个燃气入口，所述第二燃气室内设有氧化剂入口；所述旋流器为回转体，所述旋流器内设有若干旋流孔，所述旋流器与封板连接处设有通孔；所述射流腔设有出口；所述控制系统与火花塞和燃气探测器连接。本发明可以增加爆震管的点火能量，可以有效的缩短DDT时间和距离，进而缩短了发动机完成一个工作循环的时间，提高发动机工作频率和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及一种用于脉冲爆震发动机的点火系统。
背景技术
脉冲爆震发动机是一种基于爆震燃烧的新概念推进系统。与常规燃气轮机或冲压发动机相比，脉冲爆震发动机具有热效率高，油耗低，结构简单，运行范围宽广以及使用和维护成本低等优点，是未来先进航空航天飞行器的理想动力之一。
爆震燃烧是脉冲爆震发动机的基础，爆震波的触发则是脉冲爆震发动机的核心技术。脉冲爆震发动机的起爆通常有两种方法：直接起爆和间接起爆。通过高能量直接触发爆震波在实际运行过程中是不切实际的，可行的方法是通过低能量的触发源首先产生缓燃波，然后通过火焰加速的方法实现缓燃到爆震的转捩，即DDT(Deflagration toDetonation Transition，DDT)过程。在脉冲爆震发动机中基本采用弱点火(火花塞点火)，而传统火花塞点火能量较小，并且点火延迟时间较大，对于某些不易爆燃料，会导致DDT距离较长，进而影响发动机工作频率。此外，脉冲爆震发动机在高温、高压等极端环境下工作，且爆震室内部气流速度较高，传统的火花塞会出现点火不稳定，点火成功率较低的情况。等离子体点火与预爆管点火可以改善脉冲爆震发动机的工作性能，但是它们设备结构比较复杂，难以小型化，系统可靠性难以保证。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种用于脉冲爆震发动机的点火系统，可以增加爆震管的点火能量，可以有效的缩短DDT时间和距离，进而缩短了发动机完成一个工作循环的时间，提高发动机工作频率和可靠性。同时该方式可以精确的控制发动机的点火时间以及缩短点火延迟时间，控制发动机的点火强度，进一步提高了发动机的工作频率。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种用于脉冲爆震发动机的点火系统，包括射流发生器、脉冲爆震发动机和控制系统；所述脉冲爆震发动机包括爆震室、进气室和尾喷室；所述爆震室一端与进气室连通，另一端与尾喷室连通；所述尾喷室内设有燃气探测器，用于探测尾喷室内燃气浓度；所述射流发生器安装在爆震室上，且靠近进气室一端；所述射流发生器包括射流腔和燃料室，所述射流腔和燃料室之间设有封板，所述燃料室与封板之间安装旋流器，将燃料室分为第一燃气室和第二燃气室；所述第一燃气室内设有至少2个燃气入口，所述第二燃气室内设有氧化剂入口；所述旋流器为回转体，所述旋流器内设有若干旋流孔，通过旋流孔使第一燃气室和第二燃气室连通；若干所述旋流孔按照回转体的中心线轴向和径向均布；所述旋流器与封板连接处设有通孔，使第二燃气室与射流腔连通；所述射流腔设有出口，使射流腔与爆震室连通；所述射流腔内靠近封板处设有火花塞；所述控制系统与火花塞和燃气探测器连接。
进一步，所述旋流孔与旋流器内壁面相切。
进一步，所述旋流孔的中心线与旋流器的轴线的角度为30°-60°。
进一步，所述射流腔的出口中心位置设有锥形钝体。
进一步，所述通孔处安装孔板，所述孔板上设有若干均布的孔。
进一步，所述火花塞在所述射流腔内垂直安装。
进一步，所述射流发生器的出口中心到进气室中心的距离小于1.5D，其中D为爆震室的直径。
进一步，所述燃气入口和氧化剂入口分别通过管路连接电磁阀，所述电磁阀与所述控制系统连接。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的用于脉冲爆震发动机的点火系统，通过电磁阀控制射流发生器进气时间以及火花塞的点火时间，进而精确的控制发动机的点火时间，缩短了点火延迟时间。同时可以通过控制射流发生器进气流量，控制发动机的点火强度。
2.本发明所述的用于脉冲爆震发动机的点火系统，通过旋流器可以产生混合均匀、流速较快的混气，所述射流发生器可为爆震管提供较大的点火能量，可以有效的缩短DDT时间和距离，提高了脉冲爆震发动机的工作频率，同时缩短了爆震室的长度，减轻了发动机的重量，提高了发动机的推重比。
3.本发明所述的用于脉冲爆震发动机的点火系统，通过孔板上设有若干均布的孔，可以使得混合气通过孔板流速增加，压力降低，另一部分混合气撞击孔板返回与燃气和氧化剂重新掺混，促进了燃气和氧化剂的混合。
4.本发明所述的用于脉冲爆震发动机的点火系统，通过设有锥形钝体，可以使得射流火焰通过锥形钝体与射流腔壁面形成环形面积，通道收缩，强化了射流火焰并且使火焰面积增大。
附图说明
图1为本发明所述的用于脉冲爆震发动机的点火系统结构示意图。
图2为本发明所述的射流发生器结构示意图。
图3为本发明所述的孔板截面图。
图4为图2的A-A剖视图。
图5为本发明所述的旋流器内旋流孔的位置图。
图中：
1-射流发生器；2-电磁阀；3-进气室；4-爆震室；5-尾喷室；6-燃气探测器；7-控制系统；8-旋流器；9-氧化剂入口；10-燃气入口；11-孔板；12-射流腔；13-锥形钝体；14-火花塞；15-旋流孔。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，一种用于脉冲爆震发动机的点火系统，包括射流发生器1、脉冲爆震发动机和控制系统7；所述脉冲爆震发动机包括爆震室4、进气室3和尾喷室5；所述爆震室4一端与进气室3连通，另一端与尾喷室5连通；所述尾喷室5内设有燃气探测器6，用于探测尾喷室5内燃气浓度；所述射流发生器1安装在爆震室4上，且靠近进气室3一端。
如图2所示，所述射流发生器1包括射流腔12和燃料室，所述射流腔12和燃料室之间设有封板，所述燃料室与封板之间安装旋流器8，将燃料室分为第一燃气室和第二燃气室；所述第一燃气室内设有至少2个燃气入口10，所述第二燃气室内设有氧化剂入口9；所述旋流器8为回转体，所述旋流器8内设有若干旋流孔15，通过旋流孔15使第一燃气室和第二燃气室连通；若干所述旋流孔15按照回转体的中心线轴向和径向均布；所述旋流器8与封板连接处设有通孔，使第二燃气室与射流腔12连通；所述射流腔12设有出口，使射流腔12与爆震室4连通；所述射流腔12内靠近封板处设有火花塞14；所述火花塞14在所述射流腔12内垂直安装；所述控制系统7与火花塞14和燃气探测器6连接。所述燃气入口10和氧化剂入口9分别通过管路连接电磁阀2，所述电磁阀与所述控制系统7连接。
如图4和图5所示，若干所述旋流孔15按照回转体的中心线轴向和径向均布，即将旋流器8安装中心线轴向等距划分若干层，其中每层中的旋流孔15按圆心均布；所述旋流孔15与旋流器8内壁面相切。所述旋流孔15的中心线与旋流器8的轴线的角度为30°-60°。这样可以使燃气经过旋流孔15会形成沿切向流动的旋转气流，促进燃气与氧化剂的掺混。
所述射流腔12的出口中心位置设有锥形钝体13。这样可以使得射流火焰通过锥形钝体与射流腔壁面形成环形面积，通道收缩，强化了射流火焰并且使火焰面积增大。
如图3所示，所述通孔处安装孔板11，所述孔板11上设有若干均布的孔。这样可以使得混合气通过孔板流速增加，压力降低，另一部分混合气撞击孔板返回与燃气和氧化剂重新掺混，促进了燃气和氧化剂的混合。
所述射流发生器1的出口中心到进气室3中心的距离小于1.5D，其中D为爆震室4的直径。这样在点火后，火焰会较早充满爆震室4前部；
射流发生器1的工作原理为：可燃气通过两个燃气入口10进入到第一燃气室中，第一燃气室中的可燃气通过旋流器8上的旋流孔15进入第二燃气室，与由氧化剂入口9进入的氧化剂进行掺混后形成混合均匀的混合气，进而形成向孔板11方向流动的旋转气流。混合气通过孔板11后，会在火花塞14附近形成低速区，提高了火花塞14在运动气流中的点火成功率。火花塞14点燃射流腔12中的混合气，火焰在狭小的射流腔12中充分发展后，形成热射流经过锥形钝体13冲入爆震室4中。
工作过程：首先可爆混气由进气室3进入，使可爆混气充满爆震室4和尾喷室5内。尾喷室5内的燃气探测器6探测到尾部的可爆混气，将信号传递给控制系统7，控制系统7打开电磁阀2控制射流发生器1进气，待混气充满射流发生器1时，控制系统7开启火花塞14点火。射流腔12中的火焰经过充分发展后，形成高温高压的热射流进入爆震室4。热射流提高了爆震室4中可爆混气的湍流度，并且热射流火焰面较大能够促使火焰尽快充满爆震室4前部，爆震室4内产生向尾喷室5传播的缓燃波，缓燃波在传播过程中逐步加速，最终形成爆震。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于脉冲爆震发动机的点火系统，其特征在于，包括射流发生器(1)、脉冲爆震发动机和控制系统(7)；所述脉冲爆震发动机包括爆震室(4)、进气室(3)和尾喷室(5)；所述爆震室(4)一端与进气室(3)连通，另一端与尾喷室(5)连通；所述尾喷室(5)内设有燃气探测器(6)，用于探测尾喷室(5)内燃气浓度；
所述射流发生器(1)安装在爆震室(4)上，且靠近进气室(3)一端；所述射流发生器(1)包括射流腔(12)和燃料室，所述射流腔(12)和燃料室之间设有封板，所述燃料室与封板之间安装旋流器(8)，将燃料室分为第一燃气室和第二燃气室；所述第一燃气室内设有至少2个燃气入口(10)，所述第二燃气室内设有氧化剂入口(9)；所述旋流器(8)为回转体，所述旋流器(8)内设有若干旋流孔(15)，通过旋流孔(15)使第一燃气室和第二燃气室连通；若干所述旋流孔(15)按照回转体的中心线轴向和径向均布；所述旋流器(8)与封板连接处设有通孔，使第二燃气室与射流腔(12)连通；所述射流腔(12)设有出口，使射流腔(12)与爆震室(4)连通；所述射流腔(12)内靠近封板处设有火花塞(14)；
所述控制系统(7)与火花塞(14)和燃气探测器(6)连接。
2.根据权利要求1所述的用于脉冲爆震发动机的点火系统，其特征在于，所述旋流孔(15)与旋流器(8)内壁面相切。
3.根据权利要求2所述的用于脉冲爆震发动机的点火系统，其特征在于，所述旋流孔(15)的中心线与旋流器(8)的轴线的角度为30°-60°。
4.根据权利要求1所述的用于脉冲爆震发动机的点火系统，其特征在于，所述射流腔(12)的出口中心位置设有锥形钝体(13)。
5.根据权利要求1所述的用于脉冲爆震发动机的点火系统，其特征在于，所述通孔处安装孔板(11)，所述孔板(11)上设有若干均布的孔。
6.根据权利要求1所述的用于脉冲爆震发动机的点火系统，其特征在于，所述火花塞(14)在所述射流腔(12)内垂直安装。
7.根据权利要求1所述的用于脉冲爆震发动机的点火系统，其特征在于，所述射流发生器(1)的出口中心到进气室(3)中心的距离小于1.5D，其中D为爆震室(4)的直径。
8.根据权利要求1所述的用于脉冲爆震发动机的点火系统，其特征在于，所述燃气入口(10)和氧化剂入口(9)分别通过管路连接电磁阀(2)，所述电磁阀(2)与所述控制系统(7)连接。
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