CN112459927A - Y字型小尺寸双向预爆轰点火管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Y字型小尺寸双向预爆轰点火管，包括：两个支点火管、Y字型转捩段、射流段以及收缩段，所述Y字型转捩段的分口分别与两个支点火管的一端连接，所述Y字型转捩段的合口与于射流段的一端连接，所述射流段的另一端与收缩段的一端连接，所述支点火管包括依次连接的高能火花塞段、混合段，所述混合段两侧分别设有氢气入口和氧气入口。本发明采用两端点火后混合的方法，大大缩短了预爆轰管的长度，解决了传统预爆轰管过长不方便使用的问题，实现了小型化。
Description
技术领域
本发明属于爆轰发动机点火技术领域，具体为一种Y字型小尺寸双向预爆轰点火管。
背景技术
爆轰燃烧具有很高的热循环效率和能量释放速率，而爆轰发动机是采用爆轰燃烧的一种新概念发动机。现如今，被广泛研究的爆轰发动机主要有3种，分别是脉冲爆轰发动机(Pulse Detonation Engine,PDE)、驻定斜爆轰发动机(StandingDetonation Engine,SDE)和连续旋转爆轰发动机(Continuous Rotating DetonationEngine，CRDE)。与前两者相比，CRDE只需起爆一次，形成的爆轰波就可以连续旋转的传播下去，从而使发动机持续工作。而且，爆轰波传播方向与进气、排气方向独立，爆轰波被封闭在燃烧室内不喷出，主要用来进行可燃混合物燃烧产生高效工质，避免了爆轰波喷出管外而造成的巨大能量损失。CRDE具有结构紧凑、推重比大、速度快等诸多优点。根据CRDE的特点，它在各类火箭和导弹、临近空间飞行器、军用飞机、无人机等多种领域中能够广泛的使用。
随着各国学者多年的研究，连续旋转爆轰发动机的原理已经逐渐完善，然而在实验中,仍然存在很多关键技术还要继续研究。其中较为重要的就是，连续旋转爆轰发动机点火起爆技术，它是发动机稳定工作的前提。由于液态燃料具有热值高，易存储等优点，目前工程研制中的旋转爆轰发动机均采用液态燃料，但是目前以液态燃料为推进剂的连续旋转爆轰发动机存在着起爆困难的缺陷，普通的起爆方式如高能火花塞等无法成功起爆，而传统的预爆轰管起爆方式虽能成功起爆CRDE，但其占用空间大，实用性差。因此研制一种尺寸较小、稳定可靠的起爆装置具有重要的工程应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种Y字型小尺寸双向预爆轰点火管。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种Y字型小尺寸双向预爆轰点火管，包括：两个支点火管、Y字型转捩段、射流段以及收缩段，所述Y字型转捩段的分口分别与两个支点火管的一端连接，所述Y字型转捩段的合口与于射流段的一端连接，所述射流段的另一端与收缩段的一端连接，所述支点火管包括依次连接的高能火花塞段、混合段，所述混合段两侧分别设有氢气入口和氧气入口。
优选地，Y字型转捩段两个分口间的夹角为30°～50°。
优选地，所述转捩段内设置有扰流片。
优选地，所述扰流片为阻塞比25％的环形扰流片。
优选地，所述射流段上设置有压力传感器，用于检测是否形成爆轰波。
优选地，所述混合段与高能火花塞段为螺纹密封连接。
优选地，所述支点火管的内径与管长的比值为1:8。
优选地，所述射流段分为两段，靠近转捩段的一端为前段，另一段为后段，支点火管和射流段前部与射流段后部的管径比分别为1:0.8和1:0.3。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明采用两端点火并混合然后注入燃烧室的方式，两端点火使得点火能量获得了极大的加强，混合后燃烧波能量密度大大的提升，促进了燃烧转爆轰，缩短了DDT的距离，使其在结构上更加紧凑，缩短了预爆轰管的距离，实现了预爆轰管的小型化。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明的二维图。
图2为本发明的起爆原理示意图。
图3为本发明的三维图。
具体实施方式
如图1、3所示，一种Y字型小尺寸双向预爆轰点火管，包括：两个支点火管、Y字型转捩段7、射流段8以及收缩段9，所述Y字型转捩段7的分口分别与两个支点火管的一端连接，所述Y字型转捩段7的合口与于射流段8的一端连接，所述射流段8的另一端与收缩段9的一端连接，所述支点火管包括依次连接的高能火花塞段1、混合段6，所述混合段6两侧分别设有氢气入口2和氧气入口3。
进一步的实施例中，Y字型转捩段7两个分口间的夹角为30°～50°。也就是说，本发明中，两个支点火管件的夹角为30°～50°，过大的夹角会使得激波能量损失过大，夹角过小会有加工上的问题。
进一步的实施例中，所述转捩段7内设置有扰流片4，所述扰流片4为阻塞比25％的环形扰流片。
进一步的实施例中，扰流片4间距为5mm，厚度为2mm，均匀设置在Y字型转捩段7的两个分支上。
进一步的实施例中，所述射流段8上设置有压力传感器5，具体为PCB高频压力传感器，用于检测爆轰波是否形成。
进一步的实施例中，所述混合段6与高能火花塞段1为螺纹密封连接。
进一步的实施例中，支点火管的内径与管长的比值为1:8，采用两个较大内径的支点火管可以使得点火能量更大。
在某些实施例中，采用内径为15mm的支点火管，所述射流段分为两段，靠近转捩段7的一端为前段，另一段为后段，支点火管和射流段前部与射流段后部的管径比分别为1:0.8和1:0.3，射流段通过两次收缩来增加能量密度，促使激波转为爆轰波，射流段1和射流段2的管长一样，最后收缩段的管径和射流段2的管径比为0.6:1。
缓燃向爆轰转捩Deflagration to Detonation Transition，简称DDT的过程决定了预爆轰管的长度。为进一步缩短DDT的距离，本发明将多点点火、障碍物强化扰流、激波耦合、射流点火和小管道加速等有机结合起来，爆轰波会在更短的时间和距离内产生，也就是会缩短DDT距离。
本发明的的起爆方法为：
在两个支点火管中，氢气、氧气各自从氢气入口2和氧气入口3进入混合段6，待氢氧混合均匀后，使用高能火花塞点燃混合气体，混合气体在混合段6形成稳定传播的燃烧波。燃烧波经过转捩段7，转捩段7内的燃烧波由扰流片4加速聚焦成强激波，两个支点火管的转捩段7内的强激波汇合进入射流段8形成爆轰波。
在传统的预爆用点火装置中，需要很长的径向距离来实现这一过程，为加速这一过程，在转捩段7中增加了两点措施：1.内置阻塞比为25％的环形扰流片，这一机械结构的改进可以增加湍流度，进一步达到爆轰的前置条件，产生局部爆炸和激波；2.两道斜激波以一定的角度进入转捩段后端，在较小的空间内进一步耦合，使得波后压力密度温度形成更大的阶跃，从而形成高能量密度的爆轰波。然后爆轰波进入管径更细的射流段8，形成稳定的爆轰波，最终，通过最后的收缩段9切向注入CRDE环形燃烧室，预爆轰波在燃烧室内压缩点燃燃油液滴，最终在燃烧室内形成旋转爆轰波。
利用本发明的起爆RDE燃烧室的方法为：
首先，同时从两个支点火管上的氢气和氧气入口分别输入氢气和氧气，使其充分混合。待其充分混合后，随即关闭阀门。然后，控制高能火花塞点火，点燃氢氧预混气体，火焰在支点火管中传播，支点火管的尺寸较小，火焰在其中加速燃烧，经过混合段后，火焰转变为携带大量活性基团的热射流，放大了点火的能量，如图2a所示。然后热射流进入转捩段，由于其中障碍物的作用，在障碍物后形成大量湍流，增大了湍流度，使得火焰产生激波以及局部爆炸，如图2b所示。随着火焰的传播，在转捩段后半段，由于激波的碰撞，叠加以及聚焦作用，激波汇聚成强激波。紧接着，两个支点火管汇合，压缩火焰，极大的加强了火焰的能量密度和压力，进而使温度进一步提高，最终形成了爆轰波如图2c所示。
实施例
本实施例进行了预爆轰点火实验，点火效果良好，在不启动CRDE系统的情况下对预爆轰点火管进行了空点。预爆轰管中氢气和氧气的进气背压均设置为1MPa，填充时间为100ms。测量了预爆轰起爆装置传感器接口处以及CRDE燃烧室入口处的压力，并计算了其在各阶段的传播速度。
实验中，在800.936ms，预爆轰管上的测压口测得预爆轰管混合段的点火压力峰值信号；在800.992ms，RDE燃烧室入口测得射流段的点火压力峰值信号。通过计算可得在射流段内燃烧波的传播速度为3000m/s。在该工况下氢氧的理论C-J爆轰速度为2800～3200m/s之间，由此可以证明，在预爆轰管内完成了燃烧转爆轰的过程，并在射流段中形成稳定传播的爆轰波。
Claims (8)
1.一种Y字型小尺寸双向预爆轰点火管，其特征在于，包括：两个支点火管、Y字型转捩段(7)、射流段(8)以及收缩段(9)，所述Y字型转捩段(7)的分口分别与两个支点火管的一端连接，所述Y字型转捩段(7)的合口与于射流段(8)的一端连接，所述射流段(8)的另一端与收缩段(9)的一端连接，所述支点火管包括依次连接的高能火花塞段(1)、混合段(6)，所述混合段(6)两侧分别设有氢气入口(2)和氧气入口(3)。
2.根据权利要求1所述的Y字型小尺寸双向预爆轰点火管，其特征在于，Y字型转捩段(7)两个分口间的夹角为30°～50°。
3.根据权利要求1所述的Y字型小尺寸双向预爆轰点火管，其特征在于，所述转捩段(7)内设置有扰流片(4)。
4.根据权利要求4所述的Y字型小尺寸双向预爆轰点火管，其特征在于，所述扰流片(4)为阻塞比25％的环形扰流片。
5.根据权利要求1所述的Y字型小尺寸双向预爆轰点火管，其特征在于，所述射流段(8)上设置有压力传感器(5)，用于检测是否形成爆轰波。
6.根据权利要求1所述的Y字型小尺寸双向预爆轰点火管，其特征在于，所述混合段(6)与高能火花塞段(1)为螺纹密封连接。
7.根据权利要求1所述的Y字型小尺寸双向预爆轰点火管，其特征在于，所述支点火管的内径与管长的比值为1:8。
8.根据权利要求1所述的Y字型小尺寸双向预爆轰点火管，其特征在于，所述射流段(8)分为两段，靠近转捩段(7)的一端为前段，另一段为后段，支点火管和射流段前部与射流段后部的管径比分别为1:0.8和1:0.3。
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