CN110145409B - 一种多管脉冲爆震发动机高频率点火器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多管脉冲爆震发动机高频率点火器系统，包括点火器、点火管和爆轰管，所述点火器包括点火器外壳和点火器转子；所述点火器外壳外部均布若干点火管，每一所述点火管与一个爆轰管连通；所述点火器转子为空心转子，所述点火器转子上设有同轴的进气管和排气管，所述点火器转子上至少设有一个连通管；所述进气管和排气管分别支撑在点火器外壳内，通过传动系统使点火器转子旋转，使至少一个连通管与点火管导通。本发明结构简单、工作频率高、能加速缓燃向爆震的转变以及能实现多种工况下不同工作模式的转换。

Description

一种多管脉冲爆震发动机高频率点火器系统

技术领域

本发明涉及爆轰发动机技术领域，特别涉及一种多管脉冲爆震发动机高频率点火器系统。

背景技术

爆轰是一种特殊的燃烧方式，爆轰波的传播速度可达一二千米每秒，是一种超声速燃烧方式。由于爆震燃烧具有很高的传播速度，燃烧过程中燃气来不及膨胀，所以爆震燃烧过程近似为等容燃烧过程，相对于等压燃烧过程，基于爆震的热力系统具有更高的热效率。并且爆震具有自增压能力，无需传统推进系统的增压设备，简化了系统的结构。正因为如此，对于基于爆轰的推进装置的研究得到了全世界的广泛重视。

脉冲爆轰发动机是一种基于爆震燃烧的新概念推进系统，理论上，脉冲爆轰发动机具有热效率高、油耗低、结构简单及运行范围宽广等优点，而且很容易系列化，是未来先进航空航天飞行器的理想动力之一。爆震波的触发是脉冲爆震发动机的核心技术，通过高能量直接触发爆震波在实际运行过程中是不切实际的，可行的方法是通过低能量的触发源首先产生缓燃波，然后通过火焰加速的方法实现缓燃向爆震的转捩，即DDT(Deflagrationto Detonation Transition)过程。在DDT过程中，为了加速实现火焰缓燃向爆震的转变，往往需要一些助爆措施，比如增加扰流器等助爆装置、在可燃混气中加入臭氧等活性气体、通过高速火焰射流触发爆轰波等，从而大大缩短DDT的距离与时间，加快脉冲爆震发动机的工作频率，提高脉冲爆震发动机的工作性能。本发明设计了一种多管脉冲发动机高频率点火系统，能够高频率实现点火器和爆轰管内扫气、进气、点火、排气过程以及根据不同工况进行单管顺序爆轰、对称双管爆轰以及四管同时爆轰三种工作模式的选择，并且通过射流点火方式将火焰从点火器内引入爆轰管，加速缓燃向爆震的转变，从而有效减小DDT距离及时间，减小发动机体积，增加推重比，提高脉冲爆轰发动机的工作频率及工作性能。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种多管脉冲爆震发动机高频率点火器系统，结构简单、工作频率高、能加速缓燃向爆震的转变以及能实现多种工况下不同工作模式的转换。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种多管脉冲爆震发动机高频率点火器系统，包括点火器、点火管和爆轰管，所述点火器包括点火器外壳和点火器转子；

所述点火器外壳外部均布若干点火管，每一所述点火管与一个爆轰管连通；所述点火器转子为空心转子，所述点火器转子上设有同轴的进气管和排气管，所述点火器转子上至少设有一个连通管；所述进气管和排气管分别支撑在点火器外壳内，通过传动系统使点火器转子旋转，使至少一个连通管与点火管导通。

进一步，所述点火器转子为空心球体，任一所述连通管垂直于进气管或排气管。

进一步，所述点火器转子与所述点火器外壳内孔之间设有密封垫片，用于密封。

进一步，所述点火器外壳外部均布4个点火管，所述点火器转子均布4个连通管，通过传动系统使点火器转子旋转，使4个连通管分别与4个点火管导通。

进一步，进气管内设有进气喷嘴，所述排气管内设有排气阀，每个所述点火管内安装控制阀门，所述点火器转子内安装火花塞。

进一步，还包括控制系统，所述控制系统用于控制排气阀、控制阀门和火花塞；所述控制系统控制传动系统使点火器转子旋转。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的多管脉冲爆震发动机高频率点火器系统，可根据实际工作的需要，实现单管顺序爆轰、对称双管爆轰以及四管同时爆轰三种工作模式。

2.本发明所述的多管脉冲爆轰发动机高频率点火系统，对于单管顺序爆轰、对称双管爆轰以及四管同时爆轰三种工作模式，均可实现点火器及爆震管内异步扫气、充气、点火、排气过程，提高进气效率，加快点火频率，提高脉冲爆震发动机的工作效率；

3.本发明所述的多管脉冲爆轰发动机高频率点火系统，通过点火器转子的连通管与点火管相连，电火花点火后可在点火器及点火管内形成火焰射流，火焰传播方向与爆轰管垂直，增加气流的扰动，同时火焰传播到封闭端会形成反射，进一步加速火焰的传播，因此，应用该点火器点火可加速DDT过程，减小DDT距离，从而减小发动机体积，减轻发动机重量，增加推重比并且通过减小DDT时间从而加快多管脉冲爆震发动机工作频率；

4.本发明所述的多管脉冲爆轰发动机高频率点火系统，结构简单，适用性广，对于不同工况下所需使用的不同尺寸爆轰管均可通过调整点火器点火频率实现三种不同工作模式，并且工作原理简单，便于电控系统的设计。

5.本发明所述的多管脉冲爆轰发动机高频率点火系统，火花塞与排气道设置在同一段中空旋转轴上，节省排气道的布置，降低点火器的重量，并且，进气道与排气道相对设置，有利于扫气与排气过程进行的更加完全。

附图说明

图1为本发明所述的多管脉冲爆轰发动机点火系统立体图。

图2为本发明所述的多管脉冲爆轰发动机点火系统点火器转子立体图。

图3为本发明所述的多管脉冲爆轰发动机点火系统主视图。

图4为本发明所述的多管脉冲爆轰发动机点火系统A-A剖视图。

图5为本发明所述的多管脉冲爆轰发动机点火系统B-B剖视图。

图6为本发明所述的多管脉冲爆轰发动机点火系统点火器转子工作时序图。

图中：

1-点火器；2-点火管；3-第一爆轰管；4-第二爆轰管；5-第三爆轰管；6-第四爆轰管；7-爆轰管进气道；8-点火器外壳；9-点火器转子；10-轴承；11-旋转轴；12-第四控制阀门；13-密封垫片；14-进气喷嘴；15-进气道；16-火花塞；17-排气道；18-排气阀；19-第一控制阀门；20-第二控制阀门；21-第三控制阀门。

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、图2和图3所示，本发明所述的多管脉冲爆震发动机高频率点火器系统，包括点火器1、点火管2和爆轰管，所述点火器1包括点火器外壳8和点火器转子9；所述点火器外壳8外部均布4个点火管2，每一所述点火管2与一个爆轰管连通；所述点火器转子9为空心转子，所述点火器转子9两端设有同轴的旋转轴11，一个旋转轴11内设有与点火器转子9内部连通的进气道，即一个旋转轴11视为进气管15；另一个旋转轴11内设有与点火器转子9内部连通的排气道，即另一个旋转轴11视为排气管17；所述点火器外壳8由中心球形腔体及周围圆柱腔体组成；所述球形腔体上下两侧设有通孔，每个通孔内部固定轴承10，轴承10用于支撑旋转轴11。所述点火器转子9上设有4个均布的连通管，通过传动系统与旋转轴11连接，使点火器转子9旋转，使4个连通管分别与4个点火管2导通。所述点火器转子9与所述点火器外壳8内孔之间设有密封垫片13，用于密封。

如图4和图5所示，进气管15内设有进气喷嘴14，所述排气管17内设有排气阀18，每个所述点火管2内安装控制阀门，所述点火器转子9内安装火花塞16。第一爆轰管3相连点火管内设有第一控制阀门19，第二爆轰管4相连点火管内设有第二控制阀门20，第三爆轰管5相连点火管内设有第三控制阀门21，第四爆轰管6相连点火管内设有第四控制阀门12。控制阀门应该在点火管内。

如图6所示，本发明所述的多管脉冲爆震发动机高频率点火系统，根据实际工作的需要，利用四根点火管2上的控制阀门，可实现以下三种工作模式：

1：单管顺序爆轰；

2：对称双管爆轰；

3：四管同时爆轰。

在三种工作模式下，利用电动机带动旋转轴11按照一定频率转动，通过旋转轴11带动点火器转子9在点火器外壳8内以相同频率转动，初始状态下点火器转子9与四根爆轰管内均充满燃气。

单管顺序爆轰工作模式下，如图6所示，当点火器转子9内的第a连通管转动到与第A点火管2相同位置时，控制系统打开第一控制阀门19，完成第一爆轰管3的点火过程，输出动力，点火完成后控制系统关闭第一控制阀门19，接着点火器转子9和第一爆轰管3内各自进行扫气、充气和排气工作，一方面，在点火过程结束后，点火器转子9内首先打开排气阀18进行排气过程，然后通入空气进行扫气过程，最后关闭排气阀18，通入燃料进行充气过程，另一方面，在爆震过程结束后，第一爆轰管3内也依次进行排气、扫气、充气过程，进而当点火器转子9内的第a连通管转动到与第B点火管2相同位置，控制系统打开第二控制阀门20，进行下一次爆轰过程，如此循环往复，可实现四管脉冲爆震发动机间歇进行扫气、充气、爆震、排气过程，大大提高了多管脉冲爆震发动机的工作频率。

对称双管爆轰工作模式下，如图6所示，对称双管同时进行扫气、充气、爆震与排气过程，当点火器转子9内的第a连通管转动到与第A点火管2相同位置，且点火器转子9内的第c连通管转动到与第C点火管2相同位置时，控制系统打开第一控制阀门19和第三控制阀门21，完成第一爆轰管3和第三爆轰管5的点火过程，点火完成后控制系统关闭第一控制阀门19和第三控制阀门21，接着点火器转子9、第一爆轰管3和第三爆轰管5内各自进行扫气、充气和排气工作。如此循环过程可以实现两组对称爆轰管往复工作，两组对称双管轮流进行扫气、充气、爆震、排气过程，提高了多管脉冲爆震发动机的工作频率。

四管同时爆轰工作模式下，如图6所示，四根爆轰管同时进行扫气、充气、爆震与排气过程，当点火器转子9转动到与点火管2相连时，同时打开四根点火管2上的控制阀门，完成点火过程后即闭合四根爆轰管的点火管2上的控制阀门，四根爆轰管同时输出动力，大大增加输出动力强度，然后点火器1和四根爆轰管内各自进行扫气、充气和排气工作，一方面，点火器1内打开排气阀18进行排气过程，然后通入空气进行扫气过程，最后关闭排气道电磁阀18，通入燃料进行充气过程，另一方面，四根爆轰管内也依次进行排气、扫气、充气过程，接着进行下一轮四管同时爆轰过程，如此循环往复，可实现四根爆轰管同时进行扫气、充气、爆震、排气过程，四根爆轰管同时工作，提高多管脉冲爆震发动机的工作性能。

本发明所设计的多管脉冲爆震发动机点火系统，工作频率高，能够适应多种工作模式，一方面通过射流点火的方式触发爆轰波，能够有效减小缓燃向爆震转捩的距离，从而减小脉冲爆震发动机的体积，降低发动机的质量，提高推重比，并且通过缩短缓燃向爆震转捩的时间从而提高脉冲爆震发动机的工作频率；另一方面，点火器和爆轰管内可分别进行扫气、充气、排气过程，提高进排气效率，从而加快脉冲爆震发动机的工作频率。

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 (4)

1.一种多管脉冲爆震发动机高频率点火器系统，其特征在于，包括点火器(1)、点火管(2)、控制系统和爆轰管，所述点火器(1)包括点火器外壳(8)和点火器转子(9)；

所述点火器外壳(8)外部均布若干点火管(2)，每一所述点火管(2)与一个爆轰管连通；所述点火器转子(9)为空心转子，所述点火器转子(9)上设有同轴的进气管(15)和排气管(17)，所述点火器转子(9)上至少设有一个连通管；所述进气管(15)和排气管(17)分别支撑在点火器外壳(8)内，通过传动系统使点火器转子(9)旋转，使至少一个连通管按顺序与若干点火管(2)导通；进气管(15)内设有进气喷嘴(14)，所述排气管(17)内设有排气阀(18)，每个所述点火管(2)内安装控制阀门，所述点火器转子(9)内安装火花塞(16)；所述控制系统用于控制排气阀(18)、控制阀门和火花塞(16)；所述控制系统控制传动系统使点火器转子(9)旋转。

2.根据权利要求1所述的多管脉冲爆震发动机高频率点火器系统，其特征在于，所述点火器转子(9)为空心球体，任一所述连通管垂直于进气管(15)或排气管(17)。

3.根据权利要求2所述的多管脉冲爆震发动机高频率点火器系统，其特征在于，所述点火器转子(9)与所述点火器外壳(8)内孔之间设有密封垫片(13)，用于密封。

4.根据权利要求1所述的多管脉冲爆震发动机高频率点火器系统，其特征在于，所述点火器外壳(8)外部均布4个点火管(2)，所述点火器转子(9)均布4个连通管，通过传动系统使点火器转子(9)旋转，使4个连通管分别与4个点火管(2)导通。

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