CN109681678B - 一种用于脉冲爆轰发动机的气动阀 - Google Patents

一种用于脉冲爆轰发动机的气动阀 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于脉冲爆轰发动机的气动阀，包括圆柱腔体和阀芯体组件，爆轰管通过圆柱腔体分割成加压室和燃烧室，所述圆柱腔体设有阀芯体组件，用于根据所述加压室和燃烧室压力变化，使所述加压室和燃烧室连通或者阻断。所述阀芯体组件包括中心锥、导杆机构和弹性复位机构；所述加压室内设有导杆机构，所述中心锥位于圆柱腔体上的锥孔内，所述中心锥与导杆机构连接，用于使中心锥可沿轴向移动；所述中心锥底部设有弹性复位机构，用于使加压室和燃烧室阻断。本发明消除现有技术中脉冲爆轰发动机燃烧产物的倒流，控制进气压力，缩短DDT的时间。

Description

一种用于脉冲爆轰发动机的气动阀
技术领域
本发明涉及脉冲爆轰发动机领域，特别涉及一种用于脉冲爆轰发动机的气动阀。
背景技术
脉冲爆轰发动机(Pulse detonation engine，PDE)是一种利用脉冲爆轰波来产生推力的新概念发动机，具有热效率高，结构简单等有点。其中进气阀是吸气式脉冲爆轰发动机的关键技术，起着单向阀、推力壁、参与燃油的雾化掺混等重要作用。目前主要的气动阀包括Smirnov设计的锥形钝体阀，郑殿峰等人设计的旋流式气动阀等。由于这些气动阀主要依靠压差工作且并非全封闭的，只要进气端压力大于燃烧室内部压力，就会进气，难以控制进气压力。同时气动阀在爆轰过程中仍然存着倒流情况，会有一部分燃烧产物从进气阀逆向流出，给下一工作循坏带来不利影响。另外,半封闭的推力壁同时增长了缓燃转爆轰(DDT)的距离和时间，对整个发动机的工作产生了不利影响。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于脉冲爆轰发动机的气动阀，消除现有技术中脉冲爆轰发动机燃烧产物的倒流，控制进气压力，缩短DDT的时间。将中心锥和右端为孔板的圆柱腔体结合，中心锥和孔板之间设有方形托盘，通过调节中心锥与方形托盘之间的弹簧预紧力来控制进气的压力。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种用于脉冲爆轰发动机的气动阀，包括圆柱腔体和阀芯体组件，爆轰管通过圆柱腔体分割成加压室和燃烧室，所述圆柱腔体设有阀芯体组件，用于根据所述加压室和燃烧室压力变化，使所述加压室和燃烧室连通或者阻断。
进一步，所述阀芯体组件包括中心锥、导杆机构和弹性复位机构；所述加压室内设有导杆机构，所述中心锥位于圆柱腔体上的锥孔内，所述中心锥与导杆机构连接，用于使中心锥可沿轴向移动；所述中心锥底部设有弹性复位机构，用于使加压室和燃烧室阻断。
进一步，所述导杆机构包括若干导杆，若干所述导杆安装在爆轰管上；所述中心锥上设有若干与导杆一一对应的导槽，用于使中心锥沿导杆移动。
进一步，所述弹性复位机构包括中心锥弹簧和方形托盘，所述方形托盘通过螺柱安装在圆柱腔体内，所述中心锥弹簧位于方形托盘与中心锥底部之间。
进一步，圆柱腔体上的所述锥孔与中心锥对中，且至少4/5中心锥的锥体可伸出所述锥孔。
进一步，所述圆柱腔体靠近燃烧室一侧的侧板上设有孔板，用于使进入燃烧室的气体形成射流。
进一步，所述孔板包括第一孔和第二孔，所述第一孔和第二孔分别均布在所述圆柱腔体靠近燃烧室一侧的侧板上；均布的所述第一孔的靠近所述圆柱腔体边缘，所述第二孔的靠近所述圆柱腔体圆心；所述第一孔直径大于第二孔。
进一步，还包括Shchelkin螺旋管，所述Shchelkin螺旋管位于燃烧室内，用于加快燃气形成旋流。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的用于脉冲爆轰发动机的气动阀，通过中心锥体和圆柱腔体间的相互配合，使得脉冲爆轰发动机在爆震过程中的倒流现象得到消除，实现了全封闭式的推力壁，减少的DDT时间，同时控制进气阀开启时的最小压力。
2.本发明所述的用于脉冲爆轰发动机的气动阀，至少4/5中心锥的锥体可伸出所述锥孔，使得气动阀即使在多次工作后产生磨损仍然有较好的密封效果，避免燃烧过程中气体发生倒流，发生爆炸事故。
3.本发明所述的用于脉冲爆轰发动机的气动阀，通过所述第一孔直径大于第二孔，使得从爆轰管进气端进入的气体形成射流效果，提高气体的湍流程度，点火后加速火焰的燃烧。
4.本发明所述的用于脉冲爆轰发动机的气动阀，Shchelkin螺旋管可加快燃气形成旋流，促进燃烧放热的进行，减少爆轰的起爆距离。
附图说明
图1为本发明所述的用于脉冲爆轰发动机的气动阀结构示意图。
图2为图1的局部放大图。
图3为本发明所述的圆柱腔体孔板侧的视图。
图中：
1-爆轰管；2-导杆机构；3-中心锥；4-圆柱腔体；5-中心锥弹簧；6-螺柱；7-方形托盘；8-Shchelkin螺旋管；9-六角螺母。
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，本发明所述的用于脉冲爆轰发动机的气动阀，包括圆柱腔体4和阀芯体组件，爆轰管1通过圆柱腔体4分割成加压室和燃烧室，所述圆柱腔体4设有阀芯体组件，用于根据所述加压室和燃烧室压力变化，使所述加压室和燃烧室连通或者阻断。所述阀芯体组件包括中心锥3、导杆机构2和弹性复位机构；所述加压室内设有导杆机构2，所述中心锥3位于圆柱腔体4上的锥孔内，所述中心锥3与导杆机构2连接，用于使中心锥3可沿轴向移动；所述中心锥3底部设有弹性复位机构，用于使加压室和燃烧室阻断。当加压室内压力增加时，所述中心锥3在高压下克服弹性复位机构的反作用力后，可沿导杆机构2轴向移动，使所述加压室和燃烧室连通；当加压室内压力下降并小于弹性复位机构的反作用力时，中心锥3在反作用力下将加压室和燃烧室阻断。所述导杆机构2包括若干导杆，若干所述导杆安装在爆轰管1上；所述中心锥3上设有若干与导杆一一对应的导槽，用于使中心锥3沿导杆移动。所述弹性复位机构包括中心锥弹簧5和方形托盘7，所述方形托盘7通过螺柱6和六角螺母9安装在圆柱腔体4内，所述中心锥弹簧5位于方形托盘7与中心锥3底部之间。通过中心锥体3和圆柱腔体4的相互配合，使得脉冲爆轰发动机在爆震过程中的倒流现象得到消除，实现了全封闭式的推力壁，减少的DDT时间，同时控制进气阀开启时的最小压力。
所述圆柱腔体4上的所述锥孔与中心锥3对中，且至少4/5中心锥3的锥体可伸出所述锥孔，使得气动阀即使在多次工作后产生磨损仍然有较好的密封效果，避免燃烧过程中气体发生倒流，发生爆炸事故。
所述圆柱腔体4靠近燃烧室一侧的侧板为孔板，用于使进入燃烧室的气体形成射流。所述孔板包括第一孔和第二孔，所述第一孔和第二孔分别均布在所述圆柱腔体4靠近燃烧室一侧的侧板上；均布的所述第一孔的靠近所述圆柱腔体4边缘，所述第二孔的靠近所述圆柱腔体4圆心；所述第一孔直径大于第二孔。使得气动阀即使在多次工作后产生磨损仍然有较好的密封效果，避免燃烧过程中气体发生倒流，发生爆炸事故，同时孔板使得从爆轰管1进气端进入的气体形成射流效果，提高气体的湍流程度，点火后加速火焰的燃烧。
还包括Shchelkin螺旋管8，所述Shchelkin螺旋管8位于燃烧室内，用于加快燃气形成旋流。其管径与螺距可根据预混燃气的不同进行相关的调整，可加快燃气形成旋流，促进燃烧放热的进行，减少爆轰的起爆距离。其中，Shchelkin螺旋管8是以人名命名的螺旋管，其结构特征是公知常识。
工作前将爆轰管1打开，根据工作时的工况通过方形托盘7的位置设置中心锥弹簧5的预紧力，随后检查整个爆轰发动机的气密性，保证气密性良好。工作时，燃气从上游进入进气道，此时压力较低，在中心锥弹簧5预紧力的作用下阀门并未打开。随着气体压力的升高，中心锥3在压力差的作用下，向下游运动，圆柱腔体4左侧的锥孔打开，使得燃气通过锥孔，经过孔板形成射流增速效果，随后加速后的燃气被点燃，在Shchelkin螺旋管8的作用下火焰形成旋流，逐渐发生缓燃向爆轰的转换，燃烧室内燃气的压力，速度不断升高。随着燃烧室内部压力的升高，中心锥3两端的压差降低，中心锥3在导杆机构2的引导下逐渐复位。中心锥3复位后进气机构关闭，停止进气，待下一循环进气时打开。在此过程中，气动阀下游由于爆燃使得压力增加，中心锥3在压力作用下复位形成全封闭的推力壁，加速DDT过程。
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 (7)

1.一种用于脉冲爆轰发动机的气动阀，其特征在于，包括圆柱腔体(4)和阀芯体组件，爆轰管(1)通过圆柱腔体(4)分割成加压室和燃烧室，所述圆柱腔体(4)内设有阀芯体组件，用于根据所述加压室和燃烧室压力变化，使所述加压室和燃烧室连通或者阻断；所述阀芯体组件包括中心锥(3)、导杆机构(2)和弹性复位机构；所述加压室内设有导杆机构(2)，所述中心锥(3)位于圆柱腔体(4)上的锥孔内，所述中心锥(3)与导杆机构(2)连接，用于使中心锥(3)可沿轴向移动；所述中心锥(3)底部设有弹性复位机构，用于使加压室和燃烧室阻断。
2.根据权利要求1所述的用于脉冲爆轰发动机的气动阀，其特征在于，所述导杆机构(2)包括若干导杆，若干所述导杆安装在爆轰管(1)上；所述中心锥(3)上设有若干与导杆一一对应的导槽，用于使中心锥(3)沿导杆移动。
3.根据权利要求1所述的用于脉冲爆轰发动机的气动阀，其特征在于，所述弹性复位机构包括中心锥弹簧(5)和方形托盘(7)，所述方形托盘(7)通过螺柱(6)安装在圆柱腔体(4)内，所述中心锥弹簧(5)位于方形托盘(7)与中心锥(3)底部之间。
4.根据权利要求1所述的用于脉冲爆轰发动机的气动阀，其特征在于，圆柱腔体(4)上的所述锥孔与中心锥(3)对中，且至少4/5中心锥(3)的锥体可伸出所述锥孔。
5.根据权利要求1所述的用于脉冲爆轰发动机的气动阀，其特征在于，所述圆柱腔体(4)靠近燃烧室一侧的侧板为孔板，用于使进入燃烧室的气体形成射流。
6.根据权利要求5所述的用于脉冲爆轰发动机的气动阀，其特征在于，所述孔板包括第一孔和第二孔，所述第一孔和第二孔分别均布在所述圆柱腔体(4)靠近燃烧室一侧的侧板上；均布的所述第一孔的位置靠近在所述圆柱腔体(4)的边缘，所述第二孔的位置靠近在所述圆柱腔体(4)圆心；所述第一孔直径大于第二孔。
7.根据权利要求1-6任一项所述的用于脉冲爆轰发动机的气动阀，其特征在于，还包括Shchelkin螺旋管(8)，所述Shchelkin螺旋管(8)位于燃烧室内，用于加快燃气形成旋流。
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