CN109209681A - 一种回流式的脉冲爆震发动机爆震管结构 - Google Patents

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曹婷婷
杨福正
李程镐
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张鹏
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Abstract

本发明提供了一种回流式脉冲爆震发动机爆震管结构，其通过弯曲管道结构，大大减少了爆震管的轴向距离，缩短了脉冲爆震发动机的轴向长度减轻其质量并使爆震燃烧室结构更加紧凑，增大燃烧室的热容强度，使发动机可以获得更大的推力/功率。采用扇形管道结构能够使得燃烧室内的爆震管分布更加合理，爆震管的容量更大，以提高脉冲爆震发动机的推力。爆震管内采用扇形障碍物且其截面为半圆形，相较于普通的矩形截面障碍物，缩短DDT的效果更好。

Description

一种回流式的脉冲爆震发动机爆震管结构
技术领域
本发明涉及脉冲爆震发动机领域，具体为一种回流式的脉冲爆震发动机爆震管结构。
背景技术
脉冲爆震发动机是一种利用脉冲爆震波产生的高温、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、热循环效率高、工作范围宽、低污染等优点，推重比最高可达20。脉冲爆震发动机可用作无人驾驶飞机动力装置、靶机或高超音速隐身侦察机动力装置、远程导弹及战略飞机动力装置，未来也可能作为军民用飞机和高空飞行器的动力推进装置。
脉冲爆震发动机根据其是否自带氧化剂可分为吸气式和火箭式，吸气式脉冲爆震发动机又分为基本型脉冲爆震发动机、脉冲爆震涡轮发动机和组合式脉冲爆震发动机，其中基本型脉冲爆震发动机主要由进气道、爆震燃烧室和尾喷管组成，产生的高温、高速爆震燃气从爆震燃烧室经尾喷管后直接排出，与传统发动机高温燃气先经涡轮做功再经尾喷管加速排出的工作过程相比，发动机的热利用率变低,大部分热量都耗散在环境中为了提高热利用率。
传统脉冲爆震发动机的爆震管基本上是一根直圆管，但随工作需求，在爆震管的不同位置管径会有所变化，与尾喷管结构相似，但是中心轴线保持不变，这就造成了爆震管在轴向方向上很长。在实际应用中，以碳氢燃料与空气为原材料的可爆混合物在直管爆震室存在较长的爆燃向爆震转变(Deflsgration to Detonation Transition，简称“DDT”)的距离，导致可爆混合气的填充时间变长，使得工作频率受到影响，此外，爆震管越长，发动机整机长度变长，增加了重量，震动问题也越发突出，如何解决脉冲爆震燃烧室轴向距离过长，是成功研制脉冲爆震发动机的关键技术之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种能够缩短脉冲爆震发动机爆震管轴向距离的回流式爆震管结构设计方案。本技术采用扇形弯曲管结构，该爆震管能有效地缩短爆震管的轴向长度并使爆震燃烧室结构更加紧凑，增大燃烧室的热容强度，使发动机可以获得更大的推力/功率。
技术方案
本发明的目的在于提供一种回流式的脉冲爆震发动机爆震管结构。
本发明技术方案如下：
为解决其技术问题，本发明回流式的脉冲爆震发动机爆震管包括爆震管、喷油管和火花塞。所述的爆震管从头部到尾部依次为进气混合段，起爆直段和排气弯段，进气混合段与起爆直段均为扇形管道结构，扇形爆震管对应圆心角为45°，共8个，沿圆周方向均匀分布，起爆直段的尾部有一个从扇形管道向矩形管道转变的过渡段与矩形弯曲管道共同构成排气弯段，矩形弯曲部分半径约为管径的1～1.5倍，爆震管首尾的轴线相互平行且不重合，扇形爆震管直段中设置有扇形障碍物为爆震增强装置，该扇形障碍物截面为半圆形。进气混合段上设有轴向主进气孔和径向辅助进气孔，喷油喷嘴从轴向主进气孔伸入，火花塞安装在距入口处约四分之一扇形直段长度的爆震管外管壁上。
本发明具有以下有益效果：
本发明是一种回流式的脉冲爆震发动机爆震管，其通过弯曲管道结构，大大减小了爆震管的轴向距离，缩短脉冲爆震发动机的轴向长度，并且减小了发动机质量。管道采用扇形结构能够使得燃烧室内的爆震管分布更加合理，爆震管的管径更大，以此提高脉冲爆震发动机的推力，爆震管内采用扇形障碍物且其截面为半圆形，相较于普通的矩形截面障碍物，缩短DDT的效果更好。
附图说明
图1：本发明的爆震管结构示意图
图2：本发明的爆震管内部结构示意图
图3：本发明的爆震管分布图
图4：本发明的爆震管内扇形障碍物示意图
图中：1、爆震管过渡段，2、火花塞，3、辅助进气口，4、主进气口，5、爆震管扇形直段，6、爆震管矩形弯段，7、扇形障碍物，8、进气混合段，9、点火起爆直段，10、爆震段。
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和图2，本发明提出一种回流式的脉冲爆震发动机爆震管结构，能够有效缩短爆震管径向距离，减轻爆震发动机质量，使发动机获得更大功率。图1为回流式爆震管结构示意图，回流式爆震管包括爆震管(1,5,6)、火花塞(2)、辅助进气口(3)、主进气口(4)、扇形障碍物(7)。所述爆震管为弯曲管结构，分为扇形直段(5)、过渡段(1)以及矩形弯曲段(6)，爆震管扇形直段部分对应圆周角为45°，在进口处设置主进气口(4)和辅助进气口(3)，主进气口(4)位于轴向入口处，且喷油管将从主进气口伸入，喷油方向与气流方向平行，辅助进气口(3)位于爆震管入口附近内外管壁上，火花塞(2)安装在距入口处约四分之一扇形爆震管直段长度的外侧管壁上，矩形弯曲段(6)半径约为管径的1.5～2倍，爆震管首尾的轴线相互平行且不重合。
所述回流式的脉冲爆震发动机爆震管，其工作时，空气由主辅进气口(3,4)进入，随着进气速度与进气量趋于稳定，此时喷油管向管内供油，喷油方向与进气方向一致，在爆震管进气混合段(8)油气进行混合。油气混合充分后，火花塞(2)点燃可燃混合气体，在爆震管点火起爆段(9)形成爆燃，继而在管内产生从爆燃到爆震的转变，爆震管内壁上扇形障碍物(7)可以尽量缩短爆燃向爆震转变的距离，最后爆震波和高温高压燃气将经过爆震管的过渡段(1)和矩形弯曲管段(6)排出，以提供发动机所需推力，其扇形管道结构，可更有效的利用燃烧室内的空间。

Claims (5)

1.一种回流式的脉冲爆震发动机爆震管结构，包括爆震管、主辅进气口、扇形障碍物和火花塞，其特性在于：所述的爆震管为弯曲管道结构，其进口处为扇形直管结构，直管末端由扇形管结构过渡为矩形管，之后进入矩形弯管爆震管段，主进气口位于轴向入口处，喷油管通过主进气口伸入，火花塞安装在距入口处四分之一扇形爆震管直管段长度的外管壁上。
2.根据权利要求1所述的回流式的脉冲爆震发动机爆震管结构，其特征在于：爆震管为弯曲管道结构，分为扇形直管段、过渡段和矩形弯曲段三部分，矩形弯曲段弯曲半径约1～1.5倍管径，爆震管共8个，其中心线沿圆周方向分布均匀。
3.根据权利要求1所述的回流式的脉冲爆震发动机爆震管结构，其特征在于：设置有主辅进气口，主进气口位于轴向入口处，辅助进气口位于入口处内外管壁上，喷油管通过主进气口伸入，喷油方向与气流吸入方向一致。
4.根据权利要求1所述的回流式的脉冲爆震发动机爆震管结构，其特征在于：火花塞设置在位于入口处约四分之一直管段长度的扇形爆震管外管壁上。
5.根据权利要求1所述的回流式的脉冲爆震发动机爆震管结构，其特征在于：扇形障碍物设置共5个，均匀分布在爆震管扇形直管段中，截面为半圆形，进一步缩短DDT时间。
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