CN107905915B - 一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构，包括环套与多级压力衰减置；衰减装置的前段衰减器和后段衰减器各一个，中段级数可调，从而构成一个多级可调结构；衰减器通过扩张通道降低反传压力；环套起连接和固定衰减器的作用；环套还与衰减器形成谐振腔和外流道；通过分气帽将来流分成内外两股，谐振腔通过进气槽与外股气流联通，通过稀波孔与衰减器内流道联通。本发明通过结构间的巧妙结合，形成了多种反传压力衰减方式，综合运行了目前的反传抑制理论，比如钝体反射、扩张通道减压、谐振腔耗散等，具有反传压力衰减距离短、反传压力衰减效果好等特点，能够可靠地抑制爆震管的反传压力和回流燃气，在一定来流压头的基础上有很好的应用效果。
Description
技术领域
本发明属于脉冲爆震发动机领域，涉及一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构。
背景技术
脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine，简称PDE)是一种利用周期性爆震波产生推力的脉冲式喷气发动机。脉冲爆震发动机的热力过程近似等容循环，因而具有较高的热效率。脉冲爆震发动机的优点还在于燃烧过程迅速、能量密度高。由于其广阔的应用前景和优良的潜在性能，吸引了国内外众多学者的研究和探讨。脉冲爆震发动机按氧化剂来源分为吸气式脉冲爆震发动机(Air-breathing Pulse Detonation Engine，简称APDE)和火箭式脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Rocket Engine，简称PDRE)。其中APDE氧化剂从空气中获得，从而无需自带氧化剂，适合大气层内飞行器。
爆震波在起始过程中会向两端传播，一端传向进气道，会发展为激波等组成的复杂波系，称为回传波。与此同时，回传波会使燃气回流。回传波和回流燃气一方面会造成负推力，影响发动机整体性能，另一方面会影响进气道正常工作，导致进气道不能起动、进气道振荡等现象，进而导致发动机整体工作失败。
一般在APDE进气道与爆震管之间加装机械阀或气动阀来防止或者抑制回传波的影响。然而，在高温高压高频的工作环境下，机械阀极易产生机械疲劳，造成阀门损坏，可靠性没有保证；同时机械阀的响应速度也极大地限制了工作频率的提高。因此，气动阀的研究具有重要意义。通常气动阀应该具有正向流阻小、流量大，反向流阻大，能有效抑制回传波和燃气回流。目前，气动阀还需要大量的研究来改进提升。
针对以上情况，本发明提出了一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构。
发明内容
要解决的技术问题
为解决吸气式脉冲爆震发动机压力反传引起的一系列问题，本发明提出了一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构。该结构利用多级压力衰减装置与谐振腔相结合的方式，能够有效衰减回传波，同时抑制燃气回流。
技术方案
所述一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构，其特征在于包括环套(1)和多级压力衰减装置(2、3、4)；所述环套(1)为该结构最外层变截面管道，用于多级压力衰减装置(2、3、4)的连接和固定，环套(1)的形面与压力衰减装置(2、3、4)的形面配合形成特定的流道；所述多级压力衰减装置(2、3、4)包括前段衰减器(2)、中段衰减器(3)和后段衰减器(4)，各段衰减器与环套(1)形成不同尺寸的谐振腔(7、8、9、10)；所述前段衰减器(2)和后段衰减器(4)各自只有一级；所述中段衰减器(3)根据压力抑制的强度需要可以不只一级。
所述一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构，其特征还在于包括分气帽(6)、进气槽(16)；分气帽(6)用于分配流量，将进气道来流分成内外两股，内流通过前段衰减器(2)、中段衰减器(3)和后段衰减器(4)的流道进入爆震管，外流通过进气槽(16)进入各谐振腔，吹除腔内燃气，减小内流填充阻力，最终进入爆震管。
所述一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构，其特征还在于包括变截面通道(11)、反射腔(13)和稀波孔(12)；反射腔(13)由变截面通道(11)的壁面与爆震管(5)壁面或者各段衰减器壁面形成，用于阻止和反射部分反传压力和燃气；变截面通道(11)相对于反传波和回流燃气而言是扩张通道，起到降低反传压力的作用；稀波孔(12)联通各段衰减器(2、3、4)的腔体和谐振腔(7、8、9、10)，从而将高压反传部分吸引进入谐振腔(7、8、9、10)，使反传压力在谐振腔(7、8、9、10)内振荡衰减。
所述一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构，其特征还在于包括前截面(14)和后截面(15)；前截面(14)用于与进气道或其他流动机构连接，连接方式根据需要可以加装法兰、螺纹或焊接等；后截面(15)指爆震管截面，这里只给出了爆震管长度的一部分，实际长度根据需要取定。
有益效果
与不加反传压力抑制装置的爆震管相比，本发明能通过抑制压力波的反传，大幅提前进气过程的到来，从而提高工作频率，同时大幅减少压力和燃气的反传，从而提升整体推力。
与机械阀相比，本发明不需要使用机械作动装置，从而避免了机械阀的疲劳问题、严苛的热防护问题、强度问题、频率响应等问题，使得可靠性和工作频率得到很大提升。
与一般气动阀相比，本发明通过结构间的巧妙结合，形成了多种反传压力衰减方式，综合运行了目前的反传抑制理论，比如钝体反射、扩张通道减压、谐振腔耗散等，具有反传压力衰减距离短、反传压力衰减效果好等特点，能够可靠地抑制爆震管的反传压力和回流燃气；本发明通过设置外股气流进入谐振腔，能够有效吹除腔内燃气，保证填充质量；本发明通过外股气流经过稀波孔进入压力衰减器的腔体，起到流动控制的作用，在正向填充的过程中能够有效减小主流的流动损失。
附图说明
图1：本发明轴测剖视图
图2：本发明正向剖视图
图中(1)环套，(2)前段衰减器，(3)中段衰减器，(4)后段衰减器，(5)爆震管，(6)分气帽，(7)谐振器，(8)谐振腔，(9)谐振腔，(10)谐振腔，(11)变截面通道，(12)稀波孔，(13)反射腔，(14)前截面，(15)后截面，(16)进气槽。
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，本发明提供了一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构，结构主体由环套(1)和多级压力衰减装置(2、3、4)组成；环套(1)用于多级压力衰减装置(2、3、4)的连接和固定，环套(1)的形面与压力衰减装置(2、3、4)的形面配合形成特定的流道；多级压力衰减装置(2、3、4)与环套(1)形成不同尺寸的谐振腔(7、8、9、10)；前段衰减器(2)和后段衰减器(4)各自只有一级；中段衰减器(3)根据压力抑制的强度需要可以不只一级。
实施例1如图2所示，一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构，脉冲爆震发动机工作时，在爆震管(5)中进行点火起爆(通过爆燃向爆震转变或直接起爆震等方式获得爆震波)，爆震波分别向前后两端传播，反向传播的爆震波称为回传爆震波，回传爆震波由于没有反应物的支持，会解耦或衰减，成为激波或进一步衰减为压缩波，称为回传波；回传波首先与反射腔(13)作用，在腔内形成高压，将一部分的回传波耗散和反射，起到一次反传压力抑制的作用；被部分衰减的回传波进一步传播经过变截面通道(11)，由于扩张通道的作用而进一步减压；被衰减的回传波经过后段衰减器(4)的腔体等截面段的整流以后，再一次经历反射腔的耗散和反射，以及变截面通道的扩张；经过多次衰减的回传波通常还会有较高压力峰值，此时再通过稀波孔进行谐振腔(10)，在腔内发生复杂的波系碰撞、反射、耗散；当谐振腔内压力升高到一定程度以后，压力向下一级谐振腔传播，如此经过多级的衰减耗散，当回传波到达前截面时已经不再有很高的压力，在一定来流压头的作用下便可以使得不再前传。
在进气填充过程中，进气来流通过分气帽(6)将来流分成内外两股，而流量的分配比率可以通过分气帽的径向位置来设计；外股气流通过进气槽(16)进入各谐振腔，内股气流则进入衰减器腔体构成的流道，最后进入爆震管；在这个过程中，外股气流可以吹除上一周期谐振腔内的高温燃气，保证新鲜空气的填充；由于内流道有较大的阻塞比，内股气流在经过时会在反射腔处形成较大的流动损失，而通过外股气流的引入，可以减小内股气流的流动损失。
通过对反传压力的有效抑制，以及良好的进气填充过程的组织，可以提高吸气式脉冲爆震发动机的工作性能和稳定性。再通过对流道形面的进一步优化，减小正向填充时的附面层分离，流阻损失等，可以进一步提升本实例的工作性能。
Claims (4)
1.一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构，其特征在于包括环套(1)和多级压力衰减装置(2、3、4)；所述环套(1)为该结构最外层变截面管道；环套(1)连接和固定多级压力衰减装置(2、3、4)；环套(1)的形面与压力衰减装置(2、3、4)的形面配合形成特定的流道；所述多级压力衰减装置(2、3、4)包括前段衰减器(2)、中段衰减器(3)和后段衰减器(4)，各段衰减器与环套(1)形成不同尺寸的谐振腔(7、8、9、10)；所述前段衰减器(2)和后段衰减器(4)各自只有一级；所述中段衰减器(3)根据压力抑制的强度需要可以不只一级。
2.根据权利要求1所述一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构，其特征在于包括分气帽(6)、进气槽(16)；分气帽(6)将来流分成内外两股，分气帽(6)的径向位置根据流量分配的需求设计；进气槽(16)连接谐振腔与外股气流。
3.根据权利要求2所述一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构，其特征在于包括变截面通道(11)、反射腔(13)和稀波孔(12)；反射腔(13)由变截面通道(11)的壁面与爆震管(5)壁面或者各段衰减器(2、3、4)壁面形成；变截面通道(11)相对于反传波和回流燃气而言是扩张通道；稀波孔(12)将衰减器(2、3、4)腔体和谐振腔(7、8、9、10)联通。
4.根据权利要求3所述一种脉冲爆震发动机压力反传抑制结构，其特征在于包括前截面(14)和后截面(15)；前截面(14)与进气道或其他流动机构连接，连接方式根据需要可以选用法兰、螺纹或焊接；后截面(15)指爆震管截面，爆震管实际长度根据需要取定。
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