CN109723578B - 一种边缘分布等离子体裂解活化补油装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种边缘分布等离子体裂解活化补油装置及方法，包括两端通口的预燃裂解室与连接在预燃裂解室一端的等离子体调控室，所述预燃裂解室中设置有补油喷注嘴，所述补油喷注嘴与供油装置连通，所述等离子体调控室中内壁面周向设置有放电结构。经过预燃裂解与等离子体协同裂解后形成的小分子气态燃料与活性基团具有较高的反应活性，因此将这些裂解后的小分子燃料和活性基团通入旋转爆震发动机中时可显著降低起爆能量、缩短起爆时间、提高爆震频率，达到实现液态燃料‑空气爆震的目的。

Description

一种边缘分布等离子体裂解活化补油装置及方法

技术领域

本发明涉及航空发动机的技术领域，尤其是涉及一种边缘分布等离子体裂解活化补油装置及方法。

背景技术

随着航空航天事业的高速发展，对高性能推进与动力系统的需求日益增加，并且推进与动力系统的性能指标也关系到飞行器的设计参数。为了提高推进系统的性能，采用高效燃烧组织与能量利用方式成为研究中的重要手段。常规动力系统，如涡轮发动机与火箭发动机等都是采用等压燃烧的方式，循环效率较低。燃烧方式除了爆燃，还有近似等容的爆震燃烧方式。研究表明，爆震燃烧热力循环效率较高，释能密度高、释热速率极快。基于此原因爆震发动机得到了越来越多的关注，也取得了长足进步，并在航空航天领域具有了工程应用。

而煤油-空气爆震一直是旋转爆震发动机的核心技术和国际难题，煤油-空气混合物直接起爆的能量很大、难以实现。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种边缘分布等离子体活化补油装置，具有可实现煤油-空气爆震的优点。

本发明的上述第一目的是通过以下技术方案得以实现的：一种边缘分布等离子体活化补油装置，包括两端通口的预燃裂解室与连接在预燃裂解室一端的等离子体调控室，所述预燃裂解室中设置有补油喷注嘴，所述补油喷注嘴与供油装置连通，所述等离子体调控室中设置有放电结构，所述放电结构包括高压电极与低压电极，所述高压电极包括贯穿等离子体调控室侧壁的金属放电针，所述金属放电针与等离子体调控室接触处绝缘设置，所述低压电极为等离子体调控室的侧壁，所述预燃裂解室背离等离子体调控室的一端用于连接在燃烧室尾端。

通过上述技术方案，将预燃裂解室一端连接在燃烧室尾端，另一端连接在旋转爆震发动机进气前端，使用时，先在燃烧室中点燃燃料，使得燃烧室喷出的高温气体进入预燃裂解室，此时通过补油喷注嘴向预燃裂解室中喷入煤油，因此在预燃裂解室中高温的作用下将使得喷入预燃裂解室中的煤油发生裂解，之后使得裂解后的产物通过等离子体调控室，此时等离子体调控室中的等离子体和热裂解产物进一步发生裂解反应，而经过预燃裂解与等离子体协同裂解后形成的小分子气态燃料与活性基团可以显著提高燃料活性，因此将这些裂解后的小分子燃料和活性基团通入旋转爆震发动机中时可显著降低起爆能量、缩短起爆时间、提高爆震频率，达到实现煤油-空气爆震的目的。使用时，在等离子体调控室的内壁与金属放电针的尖端之间产生等离子体。

优选的，所述金属放电针数量为多个，且多个金属放电针沿着等离子体调控室的周向均布在等离子体调控室上。

通过上述技术方案，使得金属放电针的尖端与等离子体调控室的内壁之间的放电距离相同，进而使得等离子调控室中产生的等离子体更加均匀，进而对高温裂解后的产物可以进行更好的等离子体裂解。

优选的，所述金属放电针位于等离子体调控室内的一段向等离子体调控室的内壁侧倾斜设置。

通过上述技术方案，使用时，将在金属放电针与等离子体调控室之间进行放电，此时将在等离子体调控室中产生高能粒子，方便实现煤油裂解。

优选的，所述金属放电针与等离子体调控室连接处设置有陶瓷绝缘层。

通过上述技术方案，避免金属放电针与等离子调控室之间直接导通的情况发生，使得金属放电针仅能通过位于等离子体调控室中的尖端进行放电。

优选的，所述陶瓷绝缘层包覆于金属放电针上，且所述陶瓷绝缘层与等离子体调控室之间可拆卸连接。

通过上述技术方案，方便制造，制造时直接将陶瓷绝缘层设置在金属放电针上。

优选的，所述等离子体调控室上设置有安装孔，所述金属放电针位于安装孔内，且所述陶瓷绝缘层与安装孔之间设置有连接螺纹。

通过上述技术方案，通过连接螺纹可使得金属放电针方便安装在等离子体调控室上，同时连接螺纹密封性好，可有效阻止等离子体调控室中的气态燃料通过安装孔泄漏。

优选的，所述等离子体调控室可拆卸连接于预燃裂解室上，所述等离子体调控室与预燃裂解室之间设置有绝缘垫片。

通过上述技术方案，由于在放电时，等离子体调控室也带电，而通过等离子体调控室与预燃裂解室之间的绝缘垫片可以避免电流传递至预燃裂解室上，进而使得预燃裂解室不易受到放电的影响。

优选的，所述绝缘垫片包括陶瓷垫片。

通过上述技术方案，陶瓷垫片在使用中绝缘性好且使用寿命长。

优选的，所述等离子体调控室两端设置有第一连接法兰，所述预燃裂解室与等离子体调控室连接端设置有第二连接法兰，所述第一连接法兰与第二连接法兰连接，所述绝缘垫片位于第一连接法兰与第二连接法兰之间。

通过上述技术方案，方便将等离子体调控室与预燃裂解室以及旋转爆震发动机连接。方便将等离子体调控室与预燃裂解室连接，同时将绝缘垫片固定在第一连接法兰与第二连接法兰之间时不易掉落，对等离子体调控室与预燃裂解室起到较好的绝缘效果。

本发明的第二目的在于提供一种裂解活法方法，具有可实现煤油-空气爆震的优点。

本发明的上述第二目的是通过以下技术方案得以实现的：一种裂解活法方法，包括以下步骤：

步骤一：在预燃裂解室中创造高温环境；

步骤二：等待预燃裂解室中温度升高后在预燃裂解室中喷入燃料，对燃料进行高温裂解；

步骤三：使高温裂解后的燃料通入等离子体调控室，由周向内壁面处放电形成的等离子体将对高温裂解后的燃料进行活化，进而对裂解后的燃料组分的分布进行调控。

综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：

1、可以将煤油进行裂解并通入旋转爆震发动机中进行爆震燃烧，可显著降低起爆能量、缩短起爆时间、提高爆震频率，达到实现煤油-空气爆震的目的；

2、通过预燃燃气热效应和等离子体化学效应的协同作用，将煤油裂解成小分子气态燃料，显著降低起爆能量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例一的结构示意图；

图2为实施例一的剖视图，主要突出金属放电针的位置；

图3为实施例一中等离子体调控室的结构示意图。

附图标记：1、预燃裂解室；2、补油喷注嘴；3、等离子体调控室；4、金属放电针；5、陶瓷绝缘层；6、安装孔；7、绝缘垫片；8、第一连接法兰；9、第二连接法兰；10、燃烧室。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

如图1、2所示，一种边缘分布等离子体活化补油装置，包括两端通口的预燃裂解室1与连接在预燃裂解室1一端的等离子体调控室3，在预燃裂解室1中设置有补油喷注嘴2，在等离子体调控室3中设置有放电结构，其中，补油喷注嘴2与供油装置连通。

等离子体调控室3形状为两端通口的空心圆柱状，在等离子体调控室3的两端位置设置有第一连接法兰8，第一连接法兰8可方便将等离子体调控室3与其他部件进行连通。

如图1、2所示，其中，预燃裂解室1为圆柱筒状，在预燃裂解室1的两端通口处设置有与第一连接法兰8结构一致的第二连接法兰9，通过第二连接法兰9可方便预燃裂解室1与燃烧室10以及等离子体调控室3连接。补油喷注嘴2的喷油口位于预燃裂解室1内部，补油喷注嘴2可以为一个也可以为多个，其目的是为了使得喷入预燃裂解室1中的油更加均匀。

其中，在等离子体调控室3与预燃裂解室1之间设置有绝缘垫片7，本实施例中绝缘垫片7固定于第一连接法兰8与第二连接法兰9之间。绝缘垫片7包括陶瓷垫片。同时当将等离子体调控室3与旋转爆震发动机连接后，在第一连接法兰8与旋转爆震发动机之间也设置有绝缘垫片7。

其中，放电结构包括高压电极与低压电极，高压电极的电压大于低压电极的电压。

高压电极包括贯穿等离子体调控室3侧壁的金属放电针4，金属放电针4为多个，且多个金属放电针4沿着等离子体调控室3的周向均布有一周或多周，金属放电针4与等离子体调控室3接触处绝缘设置。

如图2、3所示，本实施例中，在等离子体调控室3上开设有安装孔6，使用时，金属放电针4可拆卸安装于安装孔6内。在金属放电针4与等离子体调控室3接触的一段外包裹有陶瓷绝缘层5，在安装孔6内壁以及陶瓷绝缘层5外设置有相互配合的螺纹，使用时陶瓷绝缘层5旋接于安装孔6上。

如图3所示，其中，低压电极为等离子体调控室3的侧壁，金属放电针4位于等离子体调控室3内的一段向等离子体调控室3的内壁侧倾斜设置，使得金属放电针4的放电端朝向等离子体调控室3的侧壁，方便金属放电针4与等离子体调控室3之间放电。

本实施例中高压电极的放电端距离低压电极的距离为3~5毫米，即金属放电针4的尖端距离等离子体调控室3的内壁之间的距离为3~5毫米。

本实施例中供油装置为油箱与油泵，油泵与补油喷注嘴2连通，使用中，油泵将油箱中的煤油通向补油喷注嘴2中，然后补油喷注嘴2中的煤油将喷入预燃裂解室1中。

燃烧室10为现有装置，在航空发动机上均具有该装置，使用时，燃烧室10中的喷头喷出燃料，然后点火装置将喷头喷出的燃料点燃即可，燃料在燃烧室10中燃烧后将喷入预燃裂解室1中，使得预燃裂解室1中有足够的温度供煤油裂解。

使用时，将预燃裂解室1一端安装在燃烧室10尾端，将等离子体调控室3连接在旋转爆震发动机上，然后先通过燃烧室10在预燃裂解室1中产生高温，然后向预燃裂解室1中喷入煤油，煤油将在预燃裂解室1中进行裂解，裂解后的物质将进入等离子体调控室3中进行等离子体裂解，最后通过预燃燃气热效应和等离子体化学效应的协同作用，将煤油裂解成小分子气态燃料，这些小分子气态燃料将进入旋转爆震发动机中进行爆震燃烧。

由于预燃裂解室1与等离子体调控室3中为高温环境，因此位于预燃裂解室1与等离子体调控室3中的部件材料均为耐高温材料。

实施例二：

一种裂解活法方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：在预燃裂解室1中创造高温环境；

步骤二：等待预燃裂解室1中温度升高后在预燃裂解室1中喷入燃料，对燃料进行高温裂解；

步骤三：使高温裂解后的燃料通入等离子体调控室，由周向内壁面处放电形成的等离子体将对高温裂解后的燃料进行活化，进而对裂解后的燃料组分的分布进行调控。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种边缘分布等离子体活化补油装置，其特征在于：包括两端通口的预燃裂解室(1)与连接在预燃裂解室(1)一端的等离子体调控室(3)，所述预燃裂解室(1)中设置有补油喷注嘴(2)，所述补油喷注嘴(2)与供油装置连通，所述等离子体调控室(3)中设置有放电结构，所述放电结构包括高压电极与低压电极，所述高压电极包括贯穿等离子体调控室(3)侧壁的金属放电针(4)，所述金属放电针(4)与等离子体调控室(3)接触处绝缘设置，所述低压电极为等离子体调控室(3)的侧壁，所述预燃裂解室(1)背离等离子体调控室(3)的一端用于连接在燃烧室(10)尾端，燃烧室(10)用于在预燃裂解室(1)内创造高温环境。

2.根据权利要求1所述的一种边缘分布等离子体活化补油装置，其特征在于：所述金属放电针(4)数量为多个，且多个金属放电针(4)沿着等离子体调控室(3)的周向均布在等离子体调控室(3)上。

3.根据权利要求1所述的一种边缘分布等离子体活化补油装置，其特征在于：所述金属放电针(4)位于等离子体调控室(3)内的一段向等离子体调控室(3)的内壁侧倾斜设置。

4.根据权利要求1所述的一种边缘分布等离子体活化补油装置，其特征在于：所述金属放电针(4)与等离子体调控室(3)连接处设置有陶瓷绝缘层(5)。

5.根据权利要求4所述的一种边缘分布等离子体活化补油装置，其特征在于：所述陶瓷绝缘层(5)包覆于金属放电针(4)，且所述陶瓷绝缘层(5)与等离子体调控室(3)之间可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的一种边缘分布等离子体活化补油装置，其特征在于：所述等离子体调控室(3)上设置有安装孔(6)，所述金属放电针(4)位于安装孔(6)内，且所述陶瓷绝缘层(5)与安装孔(6)之间设置有连接螺纹。

7.根据权利要求1所述的一种边缘分布等离子体活化补油装置，其特征在于：所述等离子体调控室(3)可拆卸连接于预燃裂解室(1)上，所述等离子体调控室(3)与预燃裂解室(1)之间设置有绝缘垫片(7)。

8.根据权利要求7所述的一种边缘分布等离子体活化补油装置，其特征在于：所述绝缘垫片(7)包括陶瓷垫片。

9.根据权利要求7所述的一种边缘分布等离子体活化补油装置，其特征在于：所述等离子体调控室(3)两端设置有第一连接法兰(8)，所述预燃裂解室(1)与等离子体调控室(3)连接端设置有第二连接法兰(9)，所述第一连接法兰(8)与第二连接法兰(9)连接，所述绝缘垫片(7)位于第一连接法兰(8)与第二连接法兰(9)之间。

10.一种裂解活法方法，其特征在于：包括权利要求1~9任意一项所述的一种边缘分布等离子体活化补油装置，还包括以下步骤：

步骤一：在预燃裂解室(1)中创造高温环境；

步骤二：等待预燃裂解室(1)中温度升高后在预燃裂解室(1)中喷入燃料，对燃料进行高温裂解；

步骤三：使高温裂解后的燃料通入等离子体调控室，由周向内壁面处放电形成的等离子体将对高温裂解后的燃料进行活化，进而对裂解后的燃料组分的分布进行调控。

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