CN109882315B

CN109882315B - 脉冲爆震发动机

Info

Publication number: CN109882315B
Application number: CN201910217951.7A
Authority: CN
Inventors: 张坤; 王亮; 许炼; 谭云杰
Original assignee: Hunan Aviation Powerplant Research Institute AECC
Current assignee: Hunan Aviation Powerplant Research Institute AECC
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2020-07-03
Anticipated expiration: 2039-03-21
Also published as: CN109882315A

Abstract

本公开是关于一种脉冲爆震发动机。该爆震发动机包括爆震管和进气件，进气件包括锥形导流帽、至少一个环形V槽导流板、环形导流板以及支架，所述导流帽与所述环形V槽导流板设于所述支架上，所述支架和所述环形导流板均与所述爆震管固定连接；其中，所述锥形导流帽与所述环形V槽导流板的开口均朝向所述爆震管的出口，所述环形导流板朝向所述出口一侧倾斜；所述锥形导流帽与所述环形V槽导流板沿所述爆震管的轴向向所述出口依次分布、沿所述爆震管的径向由内向外依次分布，所述锥形导流帽、所述环形V槽导流板与所述环形导流板均间隔设置，且相邻的两者之间在所述爆震管的轴向与径向各所在平面的正投影均具有重叠区域。

Description

脉冲爆震发动机

技术领域

本公开涉及发动机技术领域，具体而言，涉及一种脉冲爆震发动机。

背景技术

脉冲爆震发动机是一种基于爆震燃烧的新概念推进系统，在燃烧室内直接利用爆震燃烧产生的爆震波来压缩气体，进而产生动力。与传统发动机相比，脉冲爆震发动机省去了压气机、涡轮机等部件，具有结构简单、推重比高、运行范围宽广以及使用和维护成本低等优点，是未来先进航空航天飞行器的理想动力之一。

吸气式脉冲爆震发动机的进气道结构对发动机的工作特性有重要的影响。现有脉冲爆震发动机多采用进气阀式结构，实现非定常爆震燃烧对间接进气的要求，脉冲爆震发动机间歇式进气方式目前多采用进气阀结构，但其增加了脉冲爆震发动机的结构复杂程度和协调控制难度，也降低的整个发动机的可靠性及使用寿命，同时气体频繁断崖式止流、加速造成了能量损失。

此外，也有部分脉冲爆震发动机采用固定进气头部式结构，而采用固定式进气头部的脉冲爆震发动机，在爆震阶段由于爆震室压力远高于进气道，开放式固定进气通道存在较大的反传损失，同时锥柱型实心进气头部也增加了脉冲爆震发动机质量，对提升推重比不利。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种具有进气阻力小、反传损失小且可靠性高的脉冲爆震发动机。

根据本公开的一个方面，提供了一种脉冲爆震发动机。该脉冲爆震发动机包括：

爆震管；

进气件，包括锥形导流帽、至少一个环形V槽导流板、环形导流板以及支架，所述导流帽与所述环形V槽导流板设于所述支架上，所述支架和所述环形导流板均与所述爆震管固定连接；

其中，所述锥形导流帽与所述环形V槽导流板的开口均朝向所述爆震管的出口，所述环形导流板朝向所述出口一侧倾斜；所述锥形导流帽与所述环形V槽导流板沿所述爆震管的轴向向所述出口依次分布、沿所述爆震管的径向由内向外依次分布，所述锥形导流帽、所述环形V槽导流板与所述环形导流板均间隔设置，且相邻的两者之间在所述爆震管的轴向与径向各所在平面的正投影均具有重叠区域。

在本公开的一种示例性实施例中，所述锥形导流帽上设有通孔；

所述脉冲爆震发动机还包括：

喷嘴，所述喷嘴穿过所述通孔伸入所述爆震管的爆震腔，且所述喷嘴与所述通孔密封连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述脉冲爆震发动机还包括：

进气道，多个所述爆震管沿所述进气道轴向的周向分布，共用一个所述进气道。

点火器，设于所述爆震管上，且与所述进气件在所述爆震管轴向上的距离为1-1.5倍的所述爆震管的管径。

在本公开的一种示例性实施例中，所述点火器采用脉冲点火系统。

在本公开的一种示例性实施例中，所述环形V槽导流板设有两个，第一环形V槽导流板位于所述锥形导流帽与第二环形V槽导流板之间，且所述第一环形V槽导流板的底端与所述环形导流板与所述爆震管内壁连接的端部在所述爆震管轴向所在平面的正投影重合。

在本公开的一种示例性实施例中，所述锥形导流帽与相邻的所述环形V槽导流板在所述爆震管径向所在平面的正投影的重叠区域的高度占各自在所述径向上高度的30％-45％，在所述爆震管轴向所在平面的正投影的重叠区域的长度占各自在所述轴向上长度的5％-30％。

在本公开的一种示例性实施例中，所述环形导流板与相邻的所述环形V槽导流板在所述爆震管径向所在平面的正投影的重叠区域的高度占所述环形V槽导流板在所述径向上高度的30％-45％、占所述环形导流板在所述径向上高度的60％-90％，在所述爆震管轴向所在平面的正投影的重叠区域的长度占各自在所述轴向上长度的5％-30％。

在本公开的一种示例性实施例中，所述环形V槽导流板设有多个，相邻的所述环形V槽导流板在所述爆震管径向所在平面的正投影的重叠区域的高度占各自在所述径向上高度的30％-45％，在所述爆震管轴向所在平面的正投影的重叠区域的长度占各自在所述轴向上长度的5％-30％。

在本公开的一种示例性实施例中，所述锥形导流帽、所述环形V槽导流板与所述环形导流板的轴心角大小相同。

本公开提供的脉冲爆震发动机，通过进气件进气时，由于锥形导流帽与环形V槽导流板的开口均朝向爆震管的出口，且环形导流板朝向爆震管出口一侧倾斜，锥形导流帽、环形V槽导流板与环形导流板的侧壁形成对气流的导流作用，使气流可顺畅通过锥形导流帽、环形V槽导流板与环形导流板之间的间隙进入到爆震管内；相反，当爆震管内的爆震波或燃烧产物向进气件一侧传波时，锥形导流帽、环形V槽导流板与环形导流板能够将绝大部分爆震波或燃烧产物限制在V形槽中，对爆震波或燃烧产物形成缓冲和阻流作用，使其难以从锥形导流帽、环形V槽导流板与环形导流板之间的间隙流出，使环形V槽导流板相当于推力臂的作用。可以看出，本公开提供的进气件结构简单，重量相对较轻，且不需要进行旋转等操作，只需固定设置在爆震管内即可。

此外，在进气时，锥形导流帽、环形V槽导流板与环形导流板的侧壁形成对气流的导流作用，进气阻力小，且进气时间较短；在爆震时，锥形导流帽、环形V槽导流板与环形导流板能够将绝大部分爆震波或燃烧产物限制在V形槽中，对爆震波或燃烧产物形成缓冲和阻流作用，使其难以从间隙流出，降低了脉冲爆震发动机的反传损失。

此外，进气件具有的多个间隙通道，使空气流入爆震腔内产生大量的湍流，进而使喷嘴喷出的燃料能够与空气充分掺混，便于起爆。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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为本公开的一种实施例提供的脉冲爆震发动机的侧面剖视图；

图2为图1的局部放大图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本公开实施方式提供了一种脉冲爆震发动机。如图1和图2所示，包括爆震管110和进气件130，进气件130包括锥形导流帽131、至少一个环形V槽导流板、环形导流板134以及支架，导流帽131与环形V槽导流板设于支架上，支架和环形导流板134均与爆震管110固定连接。

其中，锥形导流帽131与环形V槽导流板的开口均朝向爆震管110的出口，环形导流板134朝向出口一侧倾斜；锥形导流帽131与环形V槽导流板沿爆震管110的轴向向出口依次分布、沿爆震管110的径向由内向外依次分布，锥形导流帽131、环形V槽导流板与环形导流板134均间隔设置，且相邻的两者之间在爆震管110的轴向与径向各所在平面的正投影均具有重叠区域。

需要说明书的是，锥形导流帽131的截面可为V形、C形、U形等形状，环形V槽导流板的截面不局限于V形，本领域技术人员应该清楚，C形、U形等形状均属于本公开的环形V槽导流板所限定的范围。

本公开提供的脉冲爆震发动机，通过进气件130进气时，由于锥形导流帽131与环形V槽导流板的开口均朝向爆震管110的出口，且环形导流板134朝向爆震管110出口一侧倾斜，锥形导流帽131、环形V槽导流板与环形导流板134的侧壁形成对气流的导流作用，使气流可顺畅通过锥形导流帽131、环形V槽导流板与环形导流板134之间的间隙进入到爆震管110内；相反，当爆震管110内的爆震波或燃烧产物向进气件130一侧传波时，锥形导流帽131、环形V槽导流板与环形导流板134能够将绝大部分爆震波或燃烧产物限制在V形槽中，对爆震波或燃烧产物形成缓冲和阻流作用，使其难以从锥形导流帽131、环形V槽导流板与环形导流板134之间的间隙流出，使环形V槽导流板相当于推力臂的作用。可以看出，本公开提供的进气件130结构简单，重量相对较轻，且不需要进行旋转等操作，只需固定设置在爆震管110内即可，提高了脉冲爆震发动机的可靠性以及使用寿命。

此外，在进气时，锥形导流帽131、环形V槽导流板与环形导流板134的侧壁形成对气流的导流作用，进气阻力小，且进气时间较短；在爆震时，锥形导流帽131、环形V槽导流板与环形导流板134能够将绝大部分爆震波或燃烧产物限制在V形槽中，对爆震波或燃烧产物形成缓冲和阻流作用，使其难以从间隙流出，降低了脉冲爆震发动机的反传损失。

此外，进气件130具有的多个间隙通道，使空气流入爆震腔内产生大量的湍流，进而使喷嘴140喷出的燃料能够与空气充分掺混，便于起爆。

如图1所示，锥形导流帽131上设有通孔，脉冲爆震发动机还包括喷嘴140，喷嘴140的一端穿过通孔伸入爆震管110的爆震腔，另一端从爆震管110管壁穿过与燃料供应装置连接，且喷嘴140与通孔密封连接。在一实施例中，喷嘴140为头部中心脉冲进油的供油系统。

采用这种设置，提供燃料的喷嘴140从进气件130中穿过，能够进一步提高液体燃料的雾化程度，混合气体的湍流度可以得以提升，进而能够提高爆震管110内爆燃向爆震的转变效率，从而能够提脉冲爆震发动机的爆震频率，增强了脉冲爆震发动机的性能。

其中，喷嘴140为离心式喷嘴140，采用离心式喷嘴140，可提高燃料喷射出的物化程度，同时也能提高燃料与空气混合后的混合气体的湍流度。本领域技术人员可根据实际需要，对喷嘴140的类型以及直径大小进行选取，本公开对此不做限制。

在另一实施例中，喷嘴可设置爆震管110上，直接从进气件130后的爆震管110的侧壁上穿入爆震腔。

如图1所示，脉冲爆震发动机还包括进气道120。多个爆震管110沿进气道120轴向的周向分布，共用一个进气道120。爆震管110至少为两个，例如可为三个、六个等，多个爆震管110圆形排列成脉冲爆震发动机，由同一进气道120供气。

如图1所示，脉冲爆震发动机还包括点火器150。点火器150设于爆震管110上，并伸入爆震腔内。具体地，点火器150与进气件130在爆震管110轴向上的距离为1-1.5倍的爆震管110的管径。

通过将点火器150与进气件130在爆震管110轴向上的距离设为1-1.5倍的爆震管110的管径，能够保证点火器150的稳定点火，提高爆震管110的可靠性，进而提高了脉冲爆震发动机的可靠性。当然，点火器150与进气件130在爆震管110轴向上的距离也可小于1倍的爆震管110的管径或大于1.5倍的爆震管110的管径。

进一步地，点火器150采用脉冲点火系统，保证脉冲爆震发动机的稳定性。

如图2所示，环形V槽导流板设有两个，第一环形V槽导流板132位于锥形导流帽131与第二环形V槽导流板133之间，且第一环形V槽导流板132的底端与环形导流板134与爆震管110内壁连接的端部在爆震管110轴向上重合。

当然，环形V槽导流板可为三个、四个、五个等，本公开对此不作限制，本领域技术人员可根据实际需要进行设计，应当理解的是，随着环形V槽导流板数量的增加，进气件130具有的间隙通道也随着增多，使空气流入爆震腔内进一步产生大量的湍流，进而使喷嘴140喷出的燃料能够与空气进一步充分掺混，便于起爆。

具体地，锥形导流帽131与相邻的环形V槽导流板在爆震管110径向所在平面的正投影的重叠区域的高度占各自在爆震管110径向上高度的30％-45％，在爆震管110轴向所在平面的正投影的重叠区域的长度占各自在爆震管110轴向上长度的5％-30％。

通过对锥形导流帽131与相邻的环形V槽导流板在爆震管110径向所在平面的正投影的重叠区域的限定，也就是限定了锥形导流帽131与相邻的环形V槽导流板位置交错的程度，采用这种重叠比例，能够保证空气从间隙通过时的顺畅度，也能保证进气件130对对爆震波或燃烧产物形成缓冲和阻流作用。当然，锥形导流帽131与相邻的环形V槽导流板在爆震管110径向所在平面的正投影的重叠区域不局限于上述限定的范围，可取值于上述范围外。

具体地，环形导流板134与相邻的环形V槽导流板在爆震管110径向平面的正投影的重叠区域的高度占环形V槽导流板在爆震管110径向上高度的30％-45％、占环形导流板134在爆震管110径向上高度的60％-90％，在爆震管110轴向所在平面的正投影的重叠区域的长度占各自在爆震管110轴向上长度的5％-30％。

通过对环形导流板134与相邻的环形V槽导流板在爆震管110径向平面的正投影的重叠区域的限定，也就是限定了环形导流板134与相邻的环形V槽导流板位置交错的程度，采用这种重叠比例，能够保证空气从间隙通过时的顺畅度，也能保证进气件130对对爆震波或燃烧产物形成缓冲和阻流作用。当然，环形导流板134与相邻的环形V槽导流板在爆震管110径向平面的正投影的重叠区域不局限于上述限定的范围，可取值于上述范围外。

具体地，环形V槽导流板设有多个，相邻的环形V槽导流板在爆震管110径向所在平面的正投影的重叠区域的高度占各自在爆震管110径向上高度的30％-45％，在爆震管110轴向所在平面的正投影的重叠区域的长度占各自在爆震管110轴向上长度的5％-30％。

通过对相邻的环形V槽导流板在爆震管110径向所在平面的正投影的重叠区域以及在爆震管110轴向所在平面的正投影的重叠区域的限定，也就是限定了相邻的环形V槽导流板位置交错的程度，采用这种重叠比例，能够保证空气从间隙通过时的顺畅度，也能保证进气件130对对爆震波或燃烧产物形成缓冲和阻流作用。当然，相邻的环形V槽导流板在爆震管110径向所在平面的正投影的重叠区域以及在爆震管110轴向所在平面的正投影的重叠区域不局限于上述限定的范围，可取值于上述范围外。

在一实施例中，锥形导流帽131、环形V槽导流板与环形导流板134轴心角相同。其中，锥形导流帽131、环形V槽导流板与环形导流板134的中轴线相互平行设置，因此，锥形导流帽131与环形V槽导流板中较远一侧的环形侧壁相对平行设置，环形导流板134与环形V槽导流板中较远一侧的环形侧壁相对平行设置。采用这种设置，在进气件120进气时，锥形导流帽131、环形V槽导流板与环形导流板134的侧壁进一步加强对气流的导流作用，进气阻力更小，进气所需时间更短。

进一步地，锥形导流帽131、环形V槽导流板与环形导流板134的圆心均位于爆震管110的中轴线上。

在一实施例中，导流帽131与环形V槽导流板通过焊接固定在支架上，支架通过焊机固定在爆震管110上，环形导流板134可直接焊接在爆震管110内壁上，或焊接在支架上，此时环形导流板134的外径与爆震管110的内径相同或近似相同，从而实现进气件130在爆震管110上的固定。

具体地，进气件采用耐高温材料制造，例如耐高温金属材料、陶瓷材料、复合材料等，本公开对此不作限制。

本公开提供的脉冲爆震发动机可应用于多种飞行器，飞行器可为导弹、靶机、诱饵机、无人机等，飞行器具有的技术效果可参照上述对脉冲爆震发动机的描述，在此不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims

1.一种脉冲爆震发动机，其特征在于，包括：

爆震管；

2.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机，其特征在于，所述锥形导流帽上设有通孔；

所述脉冲爆震发动机还包括：

3.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机，其特征在于，所述脉冲爆震发动机还包括：

4.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机，其特征在于，所述脉冲爆震发动机还包括：

5.根据权利要求4所述的脉冲爆震发动机，其特征在于，所述点火器采用脉冲点火系统。

6.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机，其特征在于，所述环形V槽导流板设有两个，第一环形V槽导流板位于所述锥形导流帽与第二环形V槽导流板之间，且所述第一环形V槽导流板的底端与所述环形导流板与所述爆震管内壁连接的端部在所述爆震管轴向所在平面的正投影重合。

7.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机，其特征在于，所述锥形导流帽与相邻的所述环形V槽导流板在所述爆震管径向所在平面的正投影的重叠区域的高度占各自在所述径向上高度的30％-45％，在所述爆震管轴向所在平面的正投影的重叠区域的长度占各自在所述轴向上长度的5％-30％。

8.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机，其特征在于，所述环形导流板与相邻的所述环形V槽导流板在所述爆震管径向所在平面的正投影的重叠区域的高度占所述环形V槽导流板在所述径向上高度的30％-45％、占所述环形导流板在所述径向上高度的60％-90％，在所述爆震管轴向所在平面的正投影的重叠区域的长度占各自在所述轴向上长度的5％-30％。

9.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机，其特征在于，所述环形V槽导流板设有多个，相邻的所述环形V槽导流板在所述爆震管径向所在平面的正投影的重叠区域的高度占各自在所述径向上高度的30％-45％，在所述爆震管轴向所在平面的正投影的重叠区域的长度占各自在所述轴向上长度的5％-30％。

10.根据权利要求1所述的脉冲爆震发动机，其特征在于，所述锥形导流帽、所述环形V槽导流板与所述环形导流板的轴心角大小相同。