CN108150307A - 一种脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀，在进气道轴心的中心锥体上安装一定数量的V形钝体，其前部外径为渐变的，从而使正向气流流动损失小于逆向气流流动损失，由于钝体后部较宽，可以有效地阻挡并反射进气道下游传递来的压缩波，从而很好地控制发动机中燃烧产物的逆向流动。同时，在钝体和进气道内壁之间设置一定数量并成一定角度的叶片，当气流流经这些旋流叶片时，在其后侧会形成稳定的回流区，该回流区可以有效地阻碍燃烧产物的逆向流动，从而实现单向控制。将钝体结构和旋流叶片沿径向方向组合在一起，可以有效地解决了正向流动阻力和单向控制能力不能同时解决的矛盾。

Description

一种脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀

技术领域

本发明属于脉冲爆震发动机领域，具体涉及一种脉冲爆震发动机进气道气动阀的结构。

背景技术

脉冲爆震发动机是一种利用间歇性爆震波产生的高温、高压燃气来产生推力的新概念推进装置。具有结构简单、尺寸小、适用范围宽、成本低等优点，推重比可达20。脉冲爆震发动机即可用作小型飞行器、无人机的动力，也可用作螺旋桨尖喷气旋翼机的动力，未来也可作为军民用飞机和高空飞行器的动力推进装置。

根据爆震原理，爆震波的形成必须在封闭端持续形成反射压缩波，然后该压缩波以当地声速往预混气处传播，多重压缩波在爆震管的特定位置进行迭加，从而形成激波。另外，由于要保证脉冲爆震发动机能顺利进气，因此希望进气端是开口的。这时，设计一种满足要求的进气道气动阀就显得尤为重要了。不但要满足进气顺畅、正向气流流动阻力小，还要保证具有一定的堵塞比、防止发动机内的燃烧产物出现倒流，并在气动阀后端面反射压缩波。

脉冲爆震发动机的旋流式气动阀优点为结构要比传统气动阀简单，重量轻。但是也仍然存在一些缺点：冷态时反向流阻和正向流阻比小，旋流式气动阀漏气量比传统气动阀大，尤其是在亚声速燃烧阶段；进气阻力大，在同样飞行速度下，脉冲爆震发动机爆震管内速度低，因而脉冲爆震发动机工作频率低。总而言之，现有的脉冲爆震发动机进气道气动阀存在着正向流动阻力和单向控制能力不能同时解决的矛盾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀结构。在进气道轴心的中心锥体上安装前部外径为渐变的V形钝体，从而使正向气流流动损失小于逆向气流流动损失，可以有效地阻挡并反射进气道下游传递来的压缩波，从而很好地控制发动机中燃烧产物的逆向流动。在钝体和进气道内壁之间设置一定数量的旋流叶片，在其后侧产生回流区，阻碍逆向流动，从而实现单向控制。将钝体结构和旋流叶片沿径向方向组合在一起，可以有效地解决了正向流动阻力和单向控制能力不能同时解决的矛盾。该结构加工简单，在工程上有很好的应用前景。

技术方案

本发明的目的在于提供一种脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀。

本发明技术方案如下：

为解决其技术问题，本发明脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀包括进气道外壳、中心锥体、V形钝体、环形支架和旋流叶片。所述的进气道气动阀为组合式结构，其特征在于：在中心锥体上设置一定数量的V形钝体，在钝体和进气道内壁之间设置一定数量并成一定角度的旋流叶片。

所述的V形钝体结构，其特征在于：V形钝体设置在进气道中心锥体四周，钝体垂直于中心锥体表面，数量为9～12个，其前部外径为渐变的，后部较宽，钝体表面为流线型设计，具体钝体结构尺寸应根据实际的爆震管进气道尺寸进行设计。

所述的旋流叶片结构，其特征在于：旋流叶片设置在钝体和进气道内壁之间的环形腔内，数量为9～12个，与进气道轴向方向成30°～60°的角，具体叶片尺寸应根据实际的爆震管进气道尺寸进行设计。

作为本发明的一种优选方案，可以沿进气道轴向方向并排安装两级旋流叶片和钝体结构，两级结构与中心体同轴连接，两级之间留出一定的自由膨胀和叶片震动所需的间隙，第一级钝体结构和第二级钝体结构错开10°～20°的角度，第二级旋流叶片的角度要略大于第一级叶片角度。

本发明具有以下有益效果：

本发明脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀，将钝体结构和旋流叶片沿径向方向组合在一起，由于V形钝体前部外径为渐变的、后端面较宽，因此正向气流流动损失小于逆向气流流动损失，并且可以有效地阻挡并反射进气道下游传递来的压缩波，从而很好地控制发动机中燃烧产物的逆向流动。同时，气流流经与进气道轴向方向成一定角度的旋流叶片时，会在其后侧形成稳定的回流区，该回流区可以有效地阻碍燃烧产物的逆向流动，从而实现单向控制。采用这种组合式的进气道气动阀，可以有效地解决了正向流动阻力和单向控制能力不能同时解决的矛盾。

附图说明

图1：脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀结构示意图

图2：进气道组合式气动阀截面图

图3：组合式气动阀结构前视图和后视图

图4：本发明的一种优选方案进气道组合式气动阀结构示意图

图5：本发明的一种优选方案进气道组合式气动阀截面图

图6：本发明的一种优选方案组合式气动阀结构后视图

图中：1、进气道外壳，2、中心锥体，3、环形支架，4、旋流叶片，5、V形钝体

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步描述：

结合图1～3，本发明提出一种脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀。图1为脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀结构示意图，脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀包括进气道外壳(1)、中心锥体(2)、环形支架(3)、旋流叶片(4)和V形钝体(5)。图2为进气道组合式气动阀截面图，图3为组合式气动阀结构前视图和后视图。

根据图1所示，中心锥体(2)置于进气道外壳(1)的轴心处，V形钝体(5)垂直于安装在中心锥体(2)表面上，V形钝体(5)形状为前部外径为渐变的、后端面较宽，并与环形支架(3)连接。钝体表面为流线型设计，使得正向流动损失小于逆向流动损失。由于V形钝体(5)后端面较宽，既能保证正向进气顺畅，又能有效地阻挡并反射进气道下游传递来的压缩波，从而很好地控制发动机中燃烧产物的逆向流动。另外，在V形钝体(5)和进气道(1)内壁之间的凹腔内设置旋流叶片(4)，旋流叶片(4)与进气道(1)轴线方向成一定的角度，当气流流经这些旋流叶片(4)时，会在其后侧形成稳定的回流区，该回流区可以有效地阻碍燃烧产物的逆向流动，从而实现单向控制。将V形钝体(5)和旋流叶片(4)有效地组合在一起，可以解决正向流动阻力和单向控制能力不能同时解决的矛盾。

图4为一种优选方案进气道组合式气动阀结构示意图，图5为一种优选方案进气道组合式气动阀截面图，图6为一种优选方案组合式气动阀结构后视图。根据图4所示，沿进气道(1)轴向方向并排安装两级旋流叶片(4)和钝体(5)结构，两级结构与中心锥体(2)同轴连接。第二级旋流叶片(4)的角度要略大于第一级叶片(4)角度，使得形成的回流区强度更强，更能有效地阻碍燃烧产物逆向流动，单向控制能力更强。另外，根据图6所示，第一级钝体(5)结构和第二级钝体(5)结构错开一定的角度，后端面的阻碍面积更大，阻挡并反射进气道下游传递来的压缩波的效果更好，从而更好地控制发动机中燃烧产物的逆向流动。

Claims (4)

1.一种脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀，包括进气道外壳(1)、中心锥体(2)、环形支架(3)、旋流叶片(4)和V形钝体(5)，其特性在于：所述的进气道气动阀为组合式结构，在中心锥体(2)上设置一定数量的V形钝体(5)，在钝体(5)和进气道(1)内壁之间设置一定数量并成一定角度的旋流叶片(4)。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀，其特征在于：V形钝体(5)垂直于安装在中心锥体(2)表面上，数量为9～12个，其前部外径为渐变的，后部较宽，型面为流线型设计，具体钝体结构尺寸应根据实际的爆震管进气道尺寸进行设计。

3.根据权利要求1或2所述的一种脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀，其特征在于：旋流叶片(4)设置在钝体(5)和进气道(1)内壁之间的环形腔内，数量为9～12个，与进气道(1)轴向方向成30°～60°的角，具体叶片尺寸应根据实际的爆震管进气道尺寸进行设计。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种脉冲爆震发动机进气道组合式气动阀，其特征在于：沿进气道(1)轴向方向并排安装两级旋流叶片(4)和钝体(5)结构，两级结构与中心体(2)同轴连接，两级之间留出一定的自由膨胀和叶片震动所需的间隙，第一级钝体(5)结构和第二级钝体(5)结构错开10°～20°的角度，第二级旋流叶片(4)的角度要略大于第一级叶片(4)角度。