CN112761820A - 一种冲压发动机等离子体点火器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冲压发动机等离子体点火器，包括高压电极、绝缘介质、低压电极、整流栅、环形壳体及火焰喷管；低压电极通过绝缘介质固定在高压电极外圆周，二者之间形成放电空间；环形壳体一端固定在低压电极一端，另一端与火焰喷管固连作为火焰喷口，环形壳体与低压电极之间形成旋流空间；低压电极另一端设整流栅；低压电极上设有一次气流孔；环形壳体上设有切向进气口；等离子体点火器与燃烧室共用油气混合燃料，高速射流可燃混合气由切向进气口进入，在旋流空间内形成旋转气流，经整流栅作用变成直流向火焰喷口运动；可燃混合气通过一次气流孔进入放电空间实现点火。本发明能实现冲压发动机多次点火及可持续燃烧，满足发动机宽域点火要求。

Description

一种冲压发动机等离子体点火器
技术领域
发明涉及吸气式发动机点火技术领域，具体涉及一种冲压发动机等离子体点火器。
背景技术
吸气式冲压发动机具有超声速飞行条件下比冲高的特点，是远程、高空、高速巡航飞行器的理想动力。随着飞行器向着大空域大速域超远程方向的发展，对飞行速度更快、工作范围更宽的超声速飞机、弹用吸气式冲压发动机技术的强烈要求已日益凸显。冲压发动机需要在大空域范围内具有快速响应、可靠稳定工作以及多次点火的能力。但是在冲压发动机大机动飞行、贫油、受到瞬时或持续的复杂扰动或者攻角与侧滑角不在工作范围内时，容易发生发动机熄火故障。
目前国内外吸气式冲压发动机点火装置通常采用烟火点火器或者火花塞点火器。其中典型烟火点火器有点火性能好、点火延迟时间短的特点，但是烟火点火器工作时长一般只有0.7s-2.7s且不能实现发动机的多次点火。典型火花塞点火器可实现多次点火，但点火所耗费能量大、比冲小、燃烧不充分，且无法满足发动机宽域点火要求。同时，吸气式冲压发动机燃烧室内的点火条件差，如何保证点火方案在宽范围来流条件下具有可靠的点火性能，也是冲压发动机工作过程中面临的一个关键问题。
因此，现有技术难以解决吸气式冲压发动机点火器可靠的点火性能、多次点火、持续稳定燃烧的要求，不适应大空域大速域超远程的飞行条件。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种冲压发动机等离子体点火器，能够实现冲压发动机多次点火及可持续燃烧，并满足发动机宽域点火要求。
本发明采用的技术方案如下：
一种冲压发动机等离子体点火器，包括高压电极、绝缘介质、低压电极、整流栅、环形壳体及火焰喷管；
所述低压电极通过绝缘介质固定在高压电极外圆周，高压电极与低压电极之间形成放电空间；环形壳体一端固定在低压电极外圆周一端，另一端与火焰喷管固定连接，作为火焰喷口，环形壳体与低压电极之间形成旋流空间；所述低压电极另一端设有整流栅；所述高压电极朝向火焰喷管一端内部为中空结构，作为气流通道；所述低压电极上设有一次气流孔；所述环形壳体上设有切向进气口；
冲压发动机等离子体点火器与冲压发动机燃烧室共用油气混合燃料，高速射流可燃混合气由切向进气口进入，在旋流空间内形成旋转气流，旋转气流经整流栅作用变成直流并向火焰喷口运动；可燃混合气通过低压电极上的一次气流孔进入放电空间，放电空间中可燃混合气的高能电子碰撞引起可燃混合气分子发生离解、激发、电离，形成大量的活性原子、基团、离子，从而引起可燃混合气的氧化连锁反应实现点火。
进一步地，所述绝缘介质采用聚四氟乙烯。
进一步地，所述高压电极中空部分外圆周上设有二次气流孔，部分可燃混合气通过二次气流孔进入高压电极气流通道。
进一步地，所述高压电极朝向火焰喷管一端边缘设有放电凸台。
进一步地，所述低压电极中部设有凹槽，所述一次气流孔设置在凹槽处。
有益效果：
1、本发明可应用于吸气式冲压发动机的动力装置，等离子体点火器为电点火，能够重复点火，冲压发动机等离子体点火器与冲压发动机燃烧室共用油气混合燃料，持续地燃料供应能够保证等离子体点火器可持续稳定燃烧；整流栅可以将高速旋转的可燃混气转变成直流，可以提高射流火焰强度，改善点火性能；采用本发明能实现冲压发动机多次点火及可持续燃烧，拓宽发动机贫富油工作边界，保证发动机工作时安全可靠并适应宽的工作范围，大大提高发动机的安全性、可靠性，大大提高冲压发动机的机动性能。
2、本发明高压电极中空部分外圆周上设有二次气流孔，部分可燃混合气通过二次气流孔进入高压电极气流通道，用于增强放电空间附近的放热强度。
3、本发明高压电极上设置的放电凸台，减小放电区域出口大小，可以稳定放电空间可燃混气速度，提高电离度，并提高点火的可靠性和系统的安全性。
4、本发明低压电极中部设有凹槽，一次气流孔设置在凹槽处，增大进气空间，可以保证可燃混气进入放电区，让放电区可燃混合气进入高压电极气流通道内。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
图2为本发明点火效果图；
其中，1-高压电极、2-绝缘介质、3-切向进气口、4-低压电极、5-整流栅、6-放电凸台、7-一次气流孔、8-二次气流孔、9-气流通道、10-环形壳体、11-火焰喷管。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种冲压发动机等离子体点火器，如图1所示，包括高压电极1、绝缘介质2、低压电极4、整流栅5、放电凸台6、环形壳体10、火焰喷管11。绝缘介质2采用聚四氟乙烯。
低压电极4通过绝缘介质2固定在高压电极1外圆周，高压电极1与低压电极4之间形成放电空间；绝缘介质2用于隔离并支撑高压电极1和低压电极4。环形壳体10一端固定在低压电极4外圆周一端，另一端与火焰喷管11固定连接，作为火焰喷口，环形壳体10与低压电极4之间形成旋流空间；而且环形壳体10还是等离子体点火器的安装座。低压电极4另一端设有整流栅5；高压电极1朝向火焰喷管11一端内部为中空结构，作为气流通道9，高压电极1中空部分外圆周上设有二次气流孔8，部分可燃混合气通过二次气流孔8进入气流通道9。高压电极1朝向火焰喷管11一端边缘设有放电凸台6。低压电极4中部设有凹槽，一次气流孔7设置在凹槽处。环形壳体10上设有切向伸出的切向进气通道，作为切向进气口3。
冲压发动机等离子体点火器与冲压发动机燃烧室共用油气混合燃料，高速射流可燃混合气由切向进气口3进入，在旋流空间内形成旋转气流，旋转气流经整流栅5作用变成直流并向火焰喷口运动；可燃混合气通过低压电极4上的一次气流孔7进入放电空间，部分可燃混合气通过二次气流孔8进入气流通道9。高压电极1和低压电极4之间的环形通道内气流速度很低，高压电极1和低压电极4通电放电后形成低温等离子体放电丝，较低的气流速度使放电丝容易稳定，有利于火焰的稳定。
冲压发动机等离子体点火器利用非平衡等离子体点火，放电空间中可燃混合气的高能电子碰撞引起可燃混合气分子发生离解、激发、电离，形成大量的活性原子、基团、离子，从而引起可燃混合气的氧化连锁反应实现点火。
本实施例中，高压电极1外径14mm，内径7.4mm，高压电极1上有四排共十二个直径4mm的二次气流孔8，高压电极1右侧边缘设定八个放电凸台6，外径18mm，面积1.5×1.5mm2；低压电极4的内径24mm，壁厚3mm；低压电极4上开有十二个直径4mm的一次气流孔7；十二个整流栅5通过螺纹连接在低压电极4上，整流栅5叶片厚度为1mm，长度15mm；切向进气口3面积为25×7mm2。
如图2所示，为本发明点火效果图，其中以煤油为燃料进行点火试验，加热温度100-150℃，进气速度70-120m/s，效果表明：火焰喷管11喷射高速旋转稳定火焰，且火焰喷管11火焰根部存在小张角旋转的蓝色火焰；在不同的气流速度和温度、富贫油状态下，都能点燃煤油混气；减小供油量，火焰缩短，在供油量很小时，火焰还有很强的穿透能力，在燃烧室出口还能看到旋转的蓝色火焰。因此，等离子体点火器在不同的气流速度和温度、富贫油状态下，都能点燃煤油混气，燃烧效果好，工作边界宽。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种冲压发动机等离子体点火器，其特征在于，包括高压电极、绝缘介质、低压电极、整流栅、环形壳体及火焰喷管；
所述低压电极通过绝缘介质固定在高压电极外圆周，高压电极与低压电极之间形成放电空间；环形壳体一端固定在低压电极外圆周一端，另一端与火焰喷管固定连接，作为火焰喷口，环形壳体与低压电极之间形成旋流空间；所述低压电极另一端设有整流栅；所述高压电极朝向火焰喷管一端内部为中空结构，作为气流通道；所述低压电极上设有一次气流孔；所述环形壳体上设有切向进气口；
冲压发动机等离子体点火器与冲压发动机燃烧室共用油气混合燃料，高速射流可燃混合气由切向进气口进入，在旋流空间内形成旋转气流，旋转气流经整流栅作用变成直流并向火焰喷口运动；可燃混合气通过低压电极上的一次气流孔进入放电空间，放电空间中可燃混合气的高能电子碰撞引起可燃混合气分子发生离解、激发、电离，形成大量的活性原子、基团、离子，从而引起可燃混合气的氧化连锁反应实现点火。
2.如权利要求1所述的冲压发动机等离子体点火器，其特征在于，所述绝缘介质采用聚四氟乙烯。
3.如权利要求1所述的冲压发动机等离子体点火器，其特征在于，所述高压电极中空部分外圆周上设有二次气流孔，部分可燃混合气通过二次气流孔进入高压电极气流通道。
4.如权利要求1所述的冲压发动机等离子体点火器，其特征在于，所述高压电极朝向火焰喷管一端边缘设有放电凸台。
5.如权利要求1所述的冲压发动机等离子体点火器，其特征在于，所述低压电极中部设有凹槽，所述一次气流孔设置在凹槽处。
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