CN111336542B - 一种可变弧长的多通道点火器 - Google Patents
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Abstract
一种可变弧长的多通道点火器，由绝缘体(101)、放电腔(102)、点火器壳体(103)、放电电极(201～205)组成。点火器壳体(103)内部安装绝缘体(101)；绝缘体(101)前端面加工与自身同圆心的“C”形槽，形成放电腔(102)；在“C”形槽中沿与绝缘体(101)轴向平行的方向加工多个通孔用于布置放电电极(201～205)，通孔相互之间存在一定的间隙；多个点火电极(201～205)呈高低错落布置，即相邻电极突出“C”形腔高度不一致；点火电极(201～205)的横截面最大宽度不小于“C”形放电腔宽度，以保证电极将放电腔隔开。本发明“点火器”的点火电极高低错落布置于放电腔中，通过放电产生的高压气体改变弧根位置，延长的电弧通道，能够在不增加击穿电压的同时，提高放电效率，增加放电能量。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机燃烧室设计领域，具体涉及一种可变弧长的多通道点火器，适用于高空极端条件下航空发动机燃烧室内的可靠点火。
背景技术
点火器是航空发动机点火系统的重要组成单元，是实现电能转化的关键部件。当点火电源输出高压时，点火器电极间空气击穿，形成等离子体放电通道，电能通过放电通道，将电能转化为热能，产生高温高压的初始火核从而引燃航空发动机燃烧室。电弧通道的长度对放电特性有重要影响，电弧通道越长，放电效率越高。
传统的多路放电的多通道点器，通过增加放电通道数目，在不增加击穿电压的同时，达到增加电弧通道的效果。但此类点火器只能应用于直径较大的点火器。当点火器直径较小时，所能布置的放电数量较少，导致电弧长度增加有限。因此，当点火器直径较小时，此类方法对电弧通道增加有限，无法达到显著提升放电效率，增加放电能量，增大初始火核的目的。如果放电通道数不增加，根据传统的设计方法只能通过增加电极间距的方法延长电弧通道。但此种方法将带来击穿电压的提高，对点火电源及点火线缆的绝缘提出更高要求。
综上所述，当电极数量无法大量增加的情况下，电弧放电通道受限于所需的击穿电压，无法大幅提高，导致放电效率低、能量小、火核尺寸小。
发明内容
有鉴于此，针对点火器电弧通道受限于电极间距，导致通道长度短、放电效率低、能量小、火核尺寸小的不足，本发明提出一种可变弧长的多通道点火器，通过放电加热的增压作用，在不改变击穿电压的同时，改变弧根位置，实现可变弧长，从而增加电弧长度的目的。
本发明的一种可变弧长的多通道点火器，其特征在于，由绝缘体101、放电腔102、点火器壳体103、放电电极(201～205)组成；其中
点火器壳体103整体为中空圆柱结构，由耐高温的高温合金加工而成，内部安装绝缘体101；
绝缘体101为实心圆柱体，由耐高温陶瓷加工而成，插入点火器壳体103内部，与点火器壳体103壳体内部紧密接触、固定连接；
绝缘体101前端面加工与自身同圆心的“C”形槽，形成放电腔102；在“C”形槽中沿与绝缘体101轴向平行的方向加工多个通孔用于布置放电电极(201～205)，通孔相互之间存在一定的间隙；
放电电极(201～205)为长棍状电极，长度不等，安装在“C”形的放电腔102内，由耐高温的高温合金加工而成，多个放电电极(201～205)呈逐个高低错落布置，即相邻放电电极突出“C”形腔高度不一致，存在一定的高度差；放电电极(201～205)的横截面最大宽度不小于“C”形放电腔宽度，以保证放电电极将放电腔隔开。
在本发明的一个实施例中，在点火器壳体103外部加工法兰105及点火线缆连接螺纹106；法兰105用于与燃烧室外壁面连接，并准确定位点火器发火端面与燃烧室内壁面的距离；在法兰105上沿周向开通孔104，通孔104的轴线与绝缘体101的轴线平行，孔的位置与大小根据燃烧室安装接口设定。
在本发明的另一个实施例中，放电电极(201～205)的横截面最大宽度等于“C”形放电腔宽度。
在本发明的一个具体实施例中，在“C”形槽中加工5个通孔。
在本发明的又一个实施例中，绝缘体101材料为氧化铝陶瓷，放电电极(201～205)材料为镍基高温合金。
在本发明的再一个实施例中，放电电极(201～205)高低错落布置时，突出的高度差不相同。
在本发明的还一个实施例中，放电电极(201～205)高低错落布置时，突出的高度差相同。
在本发明的一个较具体实施例中，
点火器壳体103外径为12～22mm，内径与绝缘体102一致；
绝缘体101直径为8～14mm；
在放电腔102的槽底部间隔一定角度加工通孔，放电腔102深度为5～20mm，槽宽度为1～2mm，槽圆周角为120～270°；
放电电极(201～205)，相邻放电电极之间的间隙为0.5～2mm，相邻放电电极之间的高度差为3～10mm。
在本发明的一个具体实施例中，
点火器壳体103外径为14mm，加工内螺纹用于与绝缘体102连接固定，螺纹尺寸与绝缘体101保持一致；
绝缘体101直径为10mm，在其外部侧面加工外螺纹用于与点火器壳体103连接固定；
放电腔102深度为10mm，槽宽度为1.5mm，槽圆周角为240°。
放电电极(201～205)，相邻放电电极之间的间隙为1mm，相邻放电电极之间高度差为5mm。
在本发明的另一个具体实施例中，在“C”形槽内间隔60°加工通孔，相邻放电电极之间的间隙为1.25mm，槽两端通过圆弧均匀过渡；第一、三、五放电电极(201、203、205)突出放电腔底部1mm，第二、四放电电极(202、204)突出放电腔底部8mm，放电电极直径为1.5mm。
与已有的电极平行布置且无放电腔的多通道点火器相比，本发明“点火器”的点火电极高低错落布置于放电腔中，通过放电产生的高压气体改变弧根位置，延长的电弧通道，能够在不增加击穿电压的同时，提高放电效率，增加放电能量。
附图说明
图1为本发明一种可变弧长的多通道点火器的结构示意图；
图2为本发明一种可变弧长的多通道点火器的俯视图；
图3为本发明一种可变弧长的多通道点火器的剖视图；
图4为本发明一种可变弧长的多通道点火器延长电弧通道的示意图，图4(a)为击穿过程，图4(b)为放电后电弧延长过程。
附图标记：
101——绝缘体
102——放电腔
103——点火器外壳
104——螺纹安装孔
105——法兰
106——点火电缆安装螺纹进气孔
201、202、203、204、205——第一、二、三、四、五放电电极
301、302——放电电极
401——击穿时形成的放电通道
402——延长的放电通道
具体实施方式
现结合附图1、附图2、附图3、附图4对本发明作进一步描述。
本发明可变弧长的多通道点火器由绝缘体101、放电腔102、点火器壳体103、放电电极(201～205)组成。绝缘体101为实心圆柱体，由耐高温陶瓷加工而成，通过例如加工外螺纹与点火器壳体103连接固定，与点火器壳体103紧密接触。绝缘体前端面(点火器头部位置处)加工与自身同圆心的“C”形槽，形成放电腔102，在“C”形槽中沿与绝缘体101轴向平行的方向加工多个通孔用于布置放电电极(201～205)，通孔相互之间存在一定的间隙，通孔间距优选一致，间距相同图中示出5个通孔，实际个数可以根据需要确定。点火器壳体103整体为中空圆柱结构，由耐高温的高温合金加工而成，内部例如加工内螺纹以安装绝缘体101，外部可以加工法兰105及点火线缆连接螺纹106。法兰105通常位于绝缘体101后半部分，用于与燃烧室外壁面连接，并准确定位点火器发火端面与燃烧室内壁面的距离。在法兰105上沿周向开通孔104，通孔104的轴线与绝缘体101的轴线平行，孔的位置与大小根据燃烧室安装接口设定。放电电极(201～205)为长棍状电极，长度不等，由耐高温的高温合金加工而成，安装在“C”形的放电腔102内，多个放电电极(201～205)呈高低错落布置，即相邻放电电极突出“C”形腔高度不一致，存在一定的高度差，如放电电极201、203、205突出“C”形腔高度小于放电电极202、204突出“C”形腔高度。突出的高度差可不相同，但优选一致，以最大化利用电源能力。放电电极直径应不小于“C”形放电腔宽度，以保证放电电极将放电腔隔开，为加工方便起见，通常选择放电电极直径等于“C”形放电腔宽度。
在本发明的一个实施例中，绝缘体101由耐高温绝缘体加工而成，一般选用氧化铝陶瓷，直径为8～14mm，优选10mm，绝缘体中部加工“C”形槽作为放电腔102，在放电腔102的槽底部间隔一定角度加工通孔，以安装放电电极，绝缘体外部加工外螺纹用于与外点火器壳体103连接固定。放电腔102深度为5～20mm，优选10mm，槽宽度为1～2mm，优选1.5mm，槽圆周角为120～270°，优选240°。外点火器壳体103整体为中空的圆柱结构，外径为12～22mm，优选14mm，内径与绝缘体102一致，由耐高温的高温合金加工而成，加工内螺纹用于与绝缘体102连接固定，螺纹尺寸与绝缘体101保持一致。点火器壳体103外部加工法兰105及外螺纹106，法兰105用于固定点火器于燃烧室外壁，并准确定位点火器发火端面离燃烧室内壁面的距离，法兰距点火器端面距离为50～300mm，法兰上有与燃烧室壁面相对应的螺纹安装孔104。外螺纹106用于与点火线缆连接，螺纹尺寸与连接的点火线缆一致。放电电极(201～205)材料选用耐高温的高温合金，如镍基高温合金，放电电极安装在“C”形的放电腔102内，相互之间存在一定的间隙，间隙为0.5～2mm，优选1mm，放电电极呈高低错落布置，相互之间高度差为3～10mm，优选5mm，放电电极直径应不小于“C”形放电腔宽度，以保证放电电极将放电腔隔开。
在本发明的一个具体实施例中，可变弧长的多通道点火器(以下简称“点火器”)外形与常规点火器相同，主要由绝缘体101、放电腔102、点火器壳体103、法兰105、点火线缆连接螺纹106、放电电极201～205组成。绝缘体101的材料选用耐高温的氧化铝陶瓷，外径为10mm，整体呈螺栓形，螺栓长度为30mm，螺纹为M10，用于与外壳103连接固定，绝缘体中部加工大径7mm，小径4mm，圆周角240°的“C”形槽作为放电腔102，在放电腔的底部间隔60°加工通孔，共加工5个孔，以安装放电电极201～205。放电腔102深度为10mm，槽宽度为1.5mm，槽圆周角为240°，槽两端通过圆弧均匀过渡。外点火器壳体103整体为中空的圆柱结构，外径为12mm，内径为10mm，加工内螺纹M10用于安装绝缘体101，材料选用耐高温的镍基高温合金合金。点火器壳体103外部加工外径20的法兰105及M14外螺纹106，法兰105上加工直径2mm螺纹安装孔104，用于固定点火器于燃烧室外壁，并准确定位点火器发火端面离燃烧室内壁面的距离，法兰距点火器端面距离为100mm。外螺纹106位于外壳底部，用于与点火线缆连接。如图2所示，放电电极(201～205)材料选用耐高温镍基高温合金，放电电极安装在“C”形的放电腔102内，相互间隔60°，间隙为1.25mm，放电电极呈高低错落布置，放电电极(201、203、205)突出放电腔底部1mm，放电电极(202、204)突出放电腔底部8mm，相互之间高度差为7mm，放电电极直径为1.5mm，正好将放电腔隔开。如图3所示，放电电极301(图2中的电极201)与放电电极302(图2中的电极202)之间间隔60°布置，放电电极301只突出腔体底部1mm，而放电电极302突出腔体底部8mm，从而形成电极高低错落布置。
与点火线缆相连后，当点火电源施加脉冲高压时，点火电极之间空气击穿，形成放电通道，如图4(a)所示。此后，电源通过放电形成的电弧通道释放能量，加热放电腔内气体。高压空气将驱动电弧运动，改变弧根区域和位置，从而延长电弧通道，最终形成如图4(b)所示的电弧通道。
具体实施例
在本发明的一个具体实施例中，绝缘体101材料选用耐高温的氧化铝陶瓷，整体呈螺栓形，外部加工螺纹M10，用于与外壳103连接固定，绝缘体中部加工大径7mm，小径4mm，圆周角240°的“C”形槽作为放电腔102，在放电腔的底部间隔60°加工通孔，以安装放电电极。放电腔102深度为10mm，槽宽度为1.5mm，槽圆周角为240°，槽两端通过圆弧均匀过渡。外点火器壳体103整体为中空的圆柱结构，外径为12mm，内径为10mm，加工内螺纹M10用于固定绝缘体101，材料选用耐高温的镍基高温合金合金。点火器壳体103外部加工外径20的法兰105及M14外螺纹106，法兰105上加工直径2mm螺纹安装孔104，用于固定点火器于燃烧室外壁，并准确定位点火器发火端面离燃烧室内壁面的距离，法兰距点火器端面距离为100mm。外螺纹106位于外壳底部，用于与点火线缆连接。放电电极(201～205)材料选用耐高温镍基高温合金，放电电极安装在“C”形的放电腔102内，相互间隔60°，间隙为1.25mm，放电电极呈高低错落布置，放电电极(201、203、205)突出放电腔底部1mm，放电电极(202、204)突出放电腔底部8mm，相互之间高度差为7mm，放电电极直径为1.5mm，可将放电腔隔开。
Claims (10)
1.一种可变弧长的多通道点火器，其特征在于，由绝缘体(101)、放电腔(102)、点火器壳体(103)、放电电极(201～205)组成；其中
点火器壳体(103)整体为中空圆柱结构，由耐高温的高温合金加工而成，内部安装绝缘体(101)；
绝缘体(101)为实心圆柱体，由耐高温陶瓷加工而成，插入点火器壳体(103)内部，与点火器壳体(103)壳体内部紧密接触、固定连接；
绝缘体(101)前端面加工与自身同圆心的“C”形槽，形成放电腔(102)；在“C”形槽中沿与绝缘体(101)轴向平行的方向加工多个通孔用于布置放电电极(201～205)，通孔相互之间存在一定的间隙；
放电电极(201～205)为长棍状电极，长度不等，安装在“C”形的放电腔(102)内，由耐高温的高温合金加工而成，多个放电电极(201～205)呈逐个高低错落布置，即相邻放电电极突出“C”形腔高度不一致，存在一定的高度差；放电电极(201～205)的横截面最大宽度不小于“C”形放电腔宽度，以保证放电电极将放电腔隔开。
2.如权利要求1所述的多通道点火器，其特征在于，在点火器壳体(103)外部加工法兰(105)及点火线缆连接螺纹(106)；法兰(105)用于与燃烧室外壁面连接，并准确定位点火器发火端面与燃烧室内壁面的距离；在法兰(105)上沿周向开通孔(104)，通孔(104)的轴线与绝缘体(101)的轴线平行，孔的位置与大小根据燃烧室安装接口设定。
3.如权利要求1所述的多通道点火器，其特征在于，放电电极(201～205)的横截面最大宽度等于“C”形放电腔宽度。
4.如权利要求1所述的多通道点火器，其特征在于，在“C”形槽中加工5个通孔。
5.如权利要求1所述的多通道点火器，其特征在于，绝缘体(101)材料为氧化铝陶瓷，放电电极(201～205)材料为镍基高温合金。
6.如权利要求1所述的多通道点火器，其特征在于，放电电极(201～205)高低错落布置时，突出的高度差不相同。
7.如权利要求1所述的多通道点火器，其特征在于，放电电极(201～205)高低错落布置时，突出的高度差相同。
8.如权利要求1所述的多通道点火器，其特征在于，
点火器壳体(103)外径为12～22mm，内径与绝缘体102一致；
绝缘体(101)直径为8～14mm；
在放电腔(102)的槽底部间隔一定角度加工通孔，放电腔(102)深度为5～20mm，槽宽度为1～2mm，槽圆周角为120～270°；
放电电极(201～205)，相邻放电电极之间的间隙为0.5～2mm，相邻放电电极之间的高度差为3～10mm。
9.如权利要求8所述的多通道点火器，其特征在于，
点火器壳体(103)外径为14mm，加工内螺纹用于与绝缘体102连接固定，螺纹尺寸与绝缘体(101)保持一致；
绝缘体(101)直径为10mm，在其外部侧面加工外螺纹用于与点火器壳体(103)连接固定；
放电腔(102)深度为10mm，槽宽度为1.5mm，槽圆周角为240°；
放电电极(201～205)，相邻放电电极之间的间隙为1mm，相邻放电电极之间高度差为5mm。
10.如权利要求4所述的多通道点火器，其特征在于，在“C”形槽内间隔60°加工通孔，相邻放电电极之间的间隙为1.25mm，槽两端通过圆弧均匀过渡；第一、三、五放电电极(201、203、205)突出放电腔底部1mm，第二、四放电电极(202、204)突出放电腔底部8mm，放电电极直径为1.5mm。
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