CN109653876A - 一种用于连续旋转爆震发动机的短距紧凑点火起爆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于连续旋转爆震发动机的短距紧凑点火起爆装置，属于燃气涡轮发动机技术领域。本装置采用弯管方式紧凑布置预爆震管，在点火器点火后预爆管内火焰发展成为爆震波，在保证出口高温高压的情况下减小了轴向长度；同时预爆管布置在连续旋转爆震发动机的内部闲置空间，可以减少连续旋转爆震发动机整体所占空间，为连续旋转爆震发动机点火起爆提供思路。本发明主要用在连续旋转爆震发动机领域，可以有效解决连续旋转爆震发动机直接点火起爆需要的能量较大、传统直管布置点火起爆占用较大空间和阻力损失较大等问题，同时其原理还可以应用到其他类型的发动机上，实现类似的目的。

Description

一种用于连续旋转爆震发动机的短距紧凑点火起爆装置

技术领域

本发明专利涉及一种用于连续旋转爆震发动机的短距紧凑点火起爆装置，属于燃气涡轮发动机技术领域。

背景技术

连续旋转爆震发动机(Continuous Rotating Detonation Engine，简称CRDE)是一种利用旋转爆震波在环形燃烧室内连续旋转传播产生推力的发动机。其基本原理是可燃反应物通过环形布置的微型喷管喷注入环形燃烧室。当在某处起爆时，燃烧波沿周向逐渐发展成旋转爆震波，在旋转爆震波位置高温高压，附近进气喷管无法进燃料；当旋转爆震波传播到其他位置处，由于出口处排气使得进口处压力降低，降到喷注总压以下时，喷管又可以重新进气；当旋转爆震波再次传到该处，此处由于已存在新鲜燃料，旋转爆震波便可以继续传播。

连续旋转爆震发动机由于采用旋转爆震组织燃烧，相比于传统发动机具有更高的推进效率，还有缩短燃烧室长度、减少了整体结构质量等优点，其旋转爆震波的传播频率可高达kHz量级，可在宽来流范围内稳定自持。专利“连续旋转爆震坦克”，专利公开号：CN106337738B，该发明提出了一种连续旋转爆震坦克,旋转爆震燃烧室后接涡轮装置，实际工作时驱动机构的动力涡轮在旋转爆震燃烧后的气体驱动下旋转运动以用于对坦克主体做功，该专利特点是采用了旋转爆震技术,其燃烧效率高、稳定性和可靠性好、节省了燃料、延长了使用寿命，该专利短时间内还无法实际应用。专利“探入式旋转爆震发动机单向起爆装置”，专利公开号：CN104612821B，该发明公开了一种探入式旋转爆震发动机单向起爆装置，该装置主要包括用于固定的安装座，与安装座滑动配合的预爆管，转接装置，限位的安装座端盖和弹性元件。该发明特点在于能够单向起爆旋转爆震波发动机，而发动机正常工作期间不影响燃烧室内爆震波的旋转传播，且克服了发动机再启动问题，但该装置增加了发动机的整体结构，且在实际使用中空间利用率不高。专利“一种旋转爆震燃烧室”，专利公开号：CN104154567B，该发明公开了一种能够使旋转爆震波填充整个环腔的新型燃烧室设计，通过模型内附装螺旋障碍物，强化了爆震波并且能使燃烧过程更加稳定，但额外装置的增加会使整体结构复杂化，降低了发动机的比冲。专利“一种旋转爆震燃气轮机”，专利公开号：CN104153884A，该发明公开了一种使用旋转爆震发动机与涡轮组合的装置，该装置利用旋转爆震发动机自增压的特点，有效组合旋转爆震发动机与目前已有的燃气轮机，利用了爆震热力循环更高的特点，后加燃气轮机用于发电或提高轴功输出，该装置使用火花塞点火，结构简单但其实际点火的难度较大，不易产生旋转爆震波。

连续旋转爆震发动机在起爆时需要快速形成旋转爆震波，这就要求较高的点火能量；点火后形成的旋转爆震波单向传播而不能爆震波对撞，需要考虑点火的角度；同时传统点火采用的预爆管长度较长，难以真正运用于实际发动机上，又希望点火装置所占的空间较小。

发明内容

发明目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种用于连续旋转爆震发动机的短距紧凑点火起爆装置。该装置布置在发动机内部，可以有效利用内部未使用的空间，并且采用弯管减小轴向长度；在预爆管出口考虑使起爆后的旋转爆震波单向传播，兼顾传统的切向布置与垂直布置的优点，设计了新的布置方式。

技术方案：

一种用于连续旋转爆震发动机的短距紧凑点火起爆装置，包括连续旋转爆震发动机的外环面及内环面、外环面连接法兰、内环面连接法兰、光学玻璃观察窗、观察窗固定法兰、预爆管以及雾化部件；

所述外环面连接法兰与所述外环面连接；所述内环面安装在所述外环面内，在所述内环面与所述外环面之间形成圆环型通道；所述内外环面连接法兰与所述内环面连接，所述内外环面连接法兰与所述外环面连接法兰之间固定连接；

所述预爆管焊接在所述内环面上，所述预爆管采用直管后焊接两段90°弯管的结构；所述直管放置方向为水平方向，第一段弯管水平布置，进口与直管相切；第二段弯管竖直布置，与第一段弯管出口相切；在所述内环面上开设有开槽，所述预爆管的第二段弯管出口通过所述开槽与前述的圆环型通道连通；所述预爆管的直管进口与所述雾化部件通过法兰连接。

所述内环面与所述外环面通过出口处支座确定位置，出口处支座焊接于外环面上，与内环面以螺栓连接。

在所述内环面连接法兰与所述外环面连接法兰相邻一侧的内壁面沿周向切割出台阶，在所述台阶上通过观察窗固定法兰安装有用于观察所述圆环型通道的光学玻璃观察窗。

所述台阶高度按照所述光学玻璃观察窗玻璃的厚度选取，一般选取为10-15mm，直径大于所需观测的环形通道的外环直径，按照超出外环面的直径5-10％选取。

所述预爆管的总长度为480mm，两段弯管的曲率半径均小于所述内环面的半径，选取为60mm。

所述内环面的内径为220mm，所述外环面的外径为296mm；所述内环面与所述外环面之间形成的圆环通道的高度大于燃料的胞格尺寸。

有益效果：

1.创造性的利用连续旋转爆震发动机内部空间布置点火装置，并采用预爆管达到减少轴向长度的目的；

2.考虑出口处点火产生的旋转爆震波单向传播问题，结合传统预爆管布置采用切向布置或垂直布置的优点，设计了新的布置方式。

附图说明

图1为短距点火起爆装置整体模型示意图。

图2为预爆管示意图，包括直管与两段弯管。

图3为支座示意图。

图4为内环面连接法兰示意图。

图5为外环面连接法兰与连续旋转爆震发动机模型的外环面焊接后一体图。

图6为连续旋转爆震发动机模型的内环面。

图7为观察窗固定法兰与光学观察玻璃窗相对位置剖面图。

图8为预爆管焊接位置剖面图。

图中：1-底板，2-内环面连接法兰，3-雾化部件，4-观察窗固定法兰，5-光学玻璃观察窗，6-支架，7-预爆管，8-连续旋转爆震发动机模型内环面，9-连续旋转爆震发动机模型外环面，10-外环面连接法兰，11-支座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

图1为短距点火起爆装置整体模型示意图。如图1所示，本发明用于连续旋转爆震发动机的短距紧凑点火起爆装置包括底板1、支架6、连续旋转爆震发动机的外环面9和内环面8，内环面连接法兰2，观察窗固定法兰4，外环面连接法兰10，光学玻璃观察窗5，预爆管7以及雾化部件3。

本发明的连续旋转爆震发动机通过支架6安装在底板1上，所述底板1与所述支架6采用螺栓连接，同时在所述外环面9上焊接把手使之与支架6能够固定连接，所述外环面连接法兰10与所述外环面9以螺栓连接；所述内环面8安装在所述外环面9内，在所述内环面8与所述外环面9之间形成圆环型通道，内环面8的内径为220mm，外环面9的外径为296mm，形成圆环通道的高度大于燃料的胞格尺寸。所述内环面8与所述外环面9通过所述出口处支座11确定位置，L型支座下侧部分通过螺栓与内环面8连接，上侧通过焊接直接与外环面9固定。所述内环面8上开设有开槽，所述预爆管7通过所述开槽与前述的圆环型通道连通，所述预爆管7与所述雾化部件3通过法兰以螺栓连接。

所述内环面连接法兰2在与所述外环面连接法兰10相邻一侧的内壁面，沿周向切割出台阶，便于安装用于观察所述圆环型通道的光学玻璃观察窗5，所述的台阶高度L按照光学观察窗5的厚度选取，安全考虑可取10-15mm，直径D由所需观测的环形通道的外环直径增加5-10％，以便于完全观测环形通道；光学玻璃观察窗为圆环形，当安装时先将光学玻璃观察窗5放置台阶内，同时用螺栓连接观察窗固定法兰4和内环面8左侧的孔，玻璃内外侧被同时固定有利于试验安全，也能观察从预爆管7中传播到内外环面8、9所形成的圆环型通道的火焰。

所述预爆管7采用直管后焊接两段90°弯管的结构，其两段90°弯管的曲率半径分别为R1、R2，R1、R2均选取为60mm，适配所述内环面8的内部空间。所述预爆管7的直管放置方向为水平方向，第一段弯管水平布置，进口与直管相切；第二段弯管竖直布置，位于直管相垂直的平面，与第一段弯管出口相切；所述预爆管7的第二段弯管出口并非垂直进入环形燃烧室，与开槽位置中点的切向的夹角小于90度。

所述预爆管7的总长度为480mm，两段弯管的曲率半径R1、R2均小于内环面8的半径。

所述雾化部件3采用法兰对齐，螺栓连接的方式与所述预爆管7固定连接，为防止漏气，在法兰之间设有垫片。所述雾化部件3不仅仅限于摘要附图所示类型的雾化部件，应包括其他类型的、能达到相同雾化目的的部件。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。

Claims (6)

1.一种用于连续旋转爆震发动机的短距紧凑点火起爆装置，其特征在于：包括连续旋转爆震发动机的外环面(9)及内环面(8)、外环面连接法兰(10)、内环面连接法兰(2)、光学玻璃观察窗(5)、观察窗固定法兰(4)、预爆管(7)以及雾化部件(3)；

所述外环面连接法兰(10)与所述外环面(9)连接；所述内环面(8)安装在所述外环面(9)内，在所述内环面(8)与所述外环面(9)之间形成圆环型通道；所述内外环面连接法兰(2)与所述内环面(8)连接，所述内外环面连接法兰(2)与所述外环面连接法兰(10)之间固定连接；

所述预爆管(7)焊接在所述内环面(8)上，所述预爆管(7)采用直管后焊接两段90°弯管的结构；所述直管放置方向为水平方向，第一段弯管水平布置，进口与直管相切；第二段弯管竖直布置，与第一段弯管出口相切；在所述内环面(8)上开设有开槽，所述预爆管(7)的第二段弯管出口通过所述开槽与前述的圆环型通道连通；所述预爆管(7)的直管进口与所述雾化部件(3)通过法兰连接。

2.根据权利要求1所述的短距紧凑点火起爆装置，其特征在于：所述内环面(8)与所述外环面(9)通过出口处支座(11)确定位置，出口处支座(11)焊接于外环面(9)上，与内环面(8)以螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的短距紧凑点火起爆装置，其特征在于：在所述内环面连接法兰(2)与所述外环面连接法兰(10)相邻一侧的内壁面沿周向切割出台阶，在所述台阶上通过观察窗固定法兰(4)安装有用于观察所述圆环型通道的光学玻璃观察窗(5)。

4.根据权利要求3所述短距紧凑点火起爆装置，其特征在于：所述台阶高度按照所述光学玻璃观察窗(5)玻璃的厚度选取，一般选取为10-15mm，直径大于所需观测的环形通道的外环直径，按照超出外环面(9)的直径5-10％选取。

5.根据权利要求1所述的短距紧凑点火起爆装置，其特征在于：所述预爆管(7)的总长度为480mm，两段弯管的曲率半径均小于所述内环面(8)的半径，选取为60mm。

6.根据权利要求1所述的短距紧凑点火起爆装置，其特征在于：所述内环面(8)的内径为220mm，所述外环面(9)的外径为296mm；所述内环面(8)与所述外环面(9)之间形成的圆环通道的高度大于燃料的胞格尺寸。