CN113464312B - 一种u型管结构负压吸气式脉冲发动机 - Google Patents

一种u型管结构负压吸气式脉冲发动机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机，属于喷气发动机领域，包括U型管和燃料室，所述燃料室包括左侧燃料室和右侧燃料室，所述所述左侧燃料室和右侧燃料室的底部通过连接管相互连通，所述左侧燃料室和右侧燃料室的上部共同安装有燃烧套管，所述燃烧套管的内部从左至右依次设有相互连通的上回火燃烧室、一级燃烧室、混合燃料空气约束腔道和二级燃烧室，所述上回火燃烧室的左侧与U型管的上端连通，所述燃烧套管的右端安装有与二级燃烧室连通的上尾喷管。本发明的发动机通过U型管结构上下两层次多级燃烧室串联的设计，可提高燃料的燃烧效率，另外发动机的能效比高、结构简单、故障率低、部分零部件制造成本低。

Description

一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机
技术领域
本发明涉及喷气发动机技术领域，尤其涉及一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机。
背景技术
航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，作为飞机的心脏，不仅是飞机飞行的动力，也是促进航空事业发展的重要推动力，人类航空史上的每一次重要变革都与航空发动机的技术进步密不可分。
现有技术中发动机在实际使用时依然存在如下技术缺陷：发动机内的部分未充分燃烧的燃料从进气道传出，发动机形成反流产生负推力以及不易对燃料加热的技术问题，因此本发明在此提出一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机，包括U型管和燃料室，所述燃料室包括左侧燃料室和右侧燃料室，所述所述左侧燃料室和右侧燃料室的底部通过连接管相互连通，所述左侧燃料室和右侧燃料室的上部共同安装有燃烧套管，所述燃烧套管的内部从左至右依次设有相互连通的上回火燃烧室、一级燃烧室、混合燃料空气约束腔道和二级燃烧室，所述上回火燃烧室的左侧与U型管的上端连通，所述燃烧套管的右端安装有与二级燃烧室连通的上尾喷管，所述U型管的下端穿过左侧燃料室且安装有下回火燃烧室，所述下回火燃烧室的外侧套设有与左侧燃料室固定的安装管，所述上回火燃烧室和下回火燃烧室的表面均贯穿开设有气孔，所述下回火燃烧室远离左侧燃料室的一端与下尾喷管连通安装，且下尾喷管的左端贯穿右侧燃料室设置；
所述左侧燃料室分别安装有与燃烧套管和安装管相对应的液体气化单向阀，所述右侧燃料室安装有与二级燃烧室相对应的液体气化单向阀，所述一级燃烧室靠近上回火燃烧室的一端开设有燃料入口，所述二级燃烧室靠近混合燃料空气约束腔道的一端同样开设有燃料入口，所述一级燃烧室和二级燃烧室的内壁且靠近同侧开设有燃料入口的位置处均安装有火花塞；
所述一级燃烧室内安装有第一水滴形气流约束件，所述二级燃烧室内安装有第二水滴形气流约束件，所述U型管下端的内部且靠近下回火燃烧室左侧位置处安装有第三水滴形气流约束件。
进一步地，所述第一水滴形气流约束件通过鳍状导热连接柱与一级燃烧室的内壁固定，所述第一水滴形气流约束件还通过鳍状导热连接柱与第三水滴形气流约束件固定，且第一水滴形气流约束件与第三水滴形气流约束件之间的鳍状导热连接柱贯穿左侧燃料室设置，所述第二水滴形气流约束件通过鳍状导热连接柱与二级燃烧室的内壁固定。
进一步地，所述下回火燃烧室靠近右侧燃料室的一侧安装有圆台状空心管，所述下回火燃烧室通过圆台状空心管与下尾喷管连通安装。
进一步地，所述上回火燃烧室和下回火燃烧室均呈圆台形的空心管状结构，且上回火燃烧室和下回火燃烧室均开设有气孔。
进一步地，所述左侧燃料室的上端嵌设安装在燃烧套管的内部，且燃烧套管的上端包裹在一级燃烧室的外侧，所述右侧燃料室的上端与燃烧套管靠近上尾喷管一端的底壁固定安装。
进一步地，所述混合燃料空气约束腔道呈圆台管状结构，所述混合燃料空气约束腔道直径较小的一端与一级燃烧室安装，所述混合燃料空气约束腔道直径较大的一端与二级燃烧室安装。
进一步地，所述一级燃烧室的内壁环绕安装有八个火花塞，所述二级燃烧室的内部同样环绕安装有八个火花塞。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明利用上尾喷管二级压缩爆燃的空气混合燃料，下尾喷管单机压缩，提升传统脉冲发动机的燃料利用率。
2、本发明具有能效比高、结构简单、故障率低、部分零部件制造成本低等优点。
3、本发明通过U型管结构上下两层次多级燃烧室串联的设计，有利于提高燃烧效率。
综上所述，本发明的发动机通过U型管结构上下两层次多级燃烧室串联的设计，可提高燃料的燃烧效率，另外发动机的能效比高、结构简单、故障率低、部分零部件制造成本低。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提出的一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机的整体结构示意图；
图2为本发明提出的一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机的内部剖视图；
图3为本发明中U型管、上回火燃烧室、第一水滴形气流约束件、下回火燃烧室和下尾喷管的安装示意图；
图4为本发明中燃烧套管、左侧燃料箱、连接管和右侧燃料箱的安装示意图；
图5为本发明中二级燃烧室、第二水滴形气流约束件和上尾喷管的安装示意图；
图6为本发明中下回火燃烧室的外部结构示意图；
图7为图2中A部分结构的放大图。
图中：1U型管、2燃烧套管、3左侧燃料室、4右侧燃料室、5连接管、6上尾喷管、7下尾喷管、8一级燃烧室、9二级燃烧室、10上回火燃烧室、11下回火燃烧室、12第一水滴形气流约束件、13第二水滴形气流约束件、14第三水滴形气流约束件、15液体气化单向阀、16混合燃料空气约束腔道、17鳍状导热连接柱、18燃料入口、19火花塞、20安装管、21圆台状空心管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-7，一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机，包括U型管1和燃料室，燃料室包括左侧燃料室3和右侧燃料室4，左侧燃料室3和右侧燃料室4的底部通过连接管5相互连通，左侧燃料室3和右侧燃料室4的上部共同安装有燃烧套管2，燃烧套管2的内部从左至右依次设有相互连通的上回火燃烧室10、一级燃烧室8、混合燃料空气约束腔道16和二级燃烧室9。
混合燃料空气约束腔道16呈圆台管状结构，混合燃料空气约束腔道16直径较小的一端与一级燃烧室8安装，混合燃料空气约束腔道16直径较大的一端与二级燃烧室9安装。
左侧燃料室3的上端嵌设安装在燃烧套管2的内部，且燃烧套管2的上端包裹在一级燃烧室8的外侧，右侧燃料室4的上端与燃烧套管2靠近上尾喷管6一端的底壁固定安装。
上回火燃烧室10的左侧与U型管1的上端连通，燃烧套管2的右端安装有与二级燃烧室9连通的上尾喷管6，U型管1的下端穿过左侧燃料室3且安装有下回火燃烧室11，下回火燃烧室11的外侧套设有与左侧燃料室3固定的安装管20，上回火燃烧室10和下回火燃烧室11均呈圆台形的空心管状结构，上回火燃烧室10和下回火燃烧室11的表面均贯穿开设有气孔。
下回火燃烧室11远离左侧燃料室3的一端与下尾喷管7连通安装，且下尾喷管7的左端贯穿右侧燃料室4设置；下回火燃烧室11靠近右侧燃料室4的一侧安装有圆台状空心管21，下回火燃烧室11通过圆台状空心管与下尾喷管7连通安装。
左侧燃料室3分别安装有与燃烧套管2和安装管20相对应的液体气化单向阀15，右侧燃料室4安装有与二级燃烧室9相对应的液体气化单向阀15，一级燃烧室8靠近上回火燃烧室10的一端开设有燃料入口18，二级燃烧室9靠近混合燃料空气约束腔道16的一端同样开设有燃料入口18，一级燃烧室8和二级燃烧室9的内壁且靠近同侧燃料入口18的位置处均安装有火花塞19；一级燃烧室8的内壁环绕安装有八个火花塞19，二级燃烧室9的内部同样环绕安装有八个火花塞19。
一级燃烧室8内安装有第一水滴形气流约束件12，二级燃烧室9内安装有第二水滴形气流约束件13，U型管1下端的内部且靠近下回火燃烧室11左侧位置处安装有第三水滴形气流约束件14。
第一水滴形气流约束件12通过鳍状导热连接柱17与一级燃烧室8的内壁固定，第一水滴形气流约束件12还通过鳍状导热连接柱17与第三水滴形气流约束件14固定，且第一水滴形气流约束件12与第三水滴形气流约束件14之间的鳍状导热连接柱17贯穿左侧燃料室3设置，第二水滴形气流约束件13通过鳍状导热连接柱17与二级燃烧室9的内壁固定。
本发明的工作原理：左侧燃料室3和右侧燃料室4分别通过液体气化单向阀15向燃烧套管2内输入乙醇燃料，一级燃烧室8开设有燃料入口18，燃料通过燃料入口18进入一级燃烧室8内，火花塞19点火，燃料在一级燃烧室8内爆燃，同样的二级燃烧室9开设有燃料入口18，燃料通过燃料入口18进入二级燃烧室9内，火花塞19点火，燃料在二级燃烧室9内爆燃，此时燃烧套管2内的燃料同样爆燃，并通过U型管1的传导，使得上尾喷管6和下尾喷管7同时喷气。
喷气的瞬间，一级燃烧室8和二级燃烧室9形成负压，从而吸入空气，空气与燃料混合，并再次爆燃，如此反复作功。
其中，一级燃烧室8和二级燃烧室9之间的空间为混合燃料空气约束腔道16，其由多段圆台形中空的腔体组成，使进入的空气先压缩后扩展，进入燃烧室后容易形成涡流，有利于促进空气与燃料混合，提高燃烧效率。
一级燃烧室8和二级燃烧室9爆燃作功时可对左侧燃料室3和右侧燃料室4内燃料进行加热，促进燃料气化。通过多次反射爆燃的燃气波增大推力。
上尾喷管6为中空圆台形，压缩爆燃的混合燃料空气，可有效提升推力。
上下层多级燃烧室，实现气化燃料与空气的充分混合，以及形成对混合燃料空气的多次爆燃。
上回火燃烧室10和下回火燃烧室11使液态燃料充分气化，上回火燃烧室10和下回火燃烧室11设置有大量气孔，增大接触面积与空间的供油方式使得发动机燃烧室内油气分布均匀、燃烧充分，可以提高脉冲发动机工作稳定性。
二级燃烧室9爆燃的混合燃料空气约束腔道16，腔道进口段面积急剧缩小，在腔道出口段面积扩大，约束爆燃气体产生推力。
一级燃烧室8和二级燃烧室9内的八个火花塞19，采用间歇式点火。
上回火燃烧室10和下回火燃烧室11，可避免吸气做功时，吸入冷空气量过大而导致熄火问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机，包括U型管(1)和燃料室，其特征在于，所述燃料室包括左侧燃料室(3)和右侧燃料室(4)，所述左侧燃料室(3)和右侧燃料室(4)的底部通过连接管(5)相互连通，所述左侧燃料室(3)和右侧燃料室(4)的上部共同安装有燃烧套管(2)，所述燃烧套管(2)的内部从左至右依次设有相互连通的上回火燃烧室(10)、一级燃烧室(8)、混合燃料空气约束腔道(16)和二级燃烧室(9)，所述上回火燃烧室(10)的左侧与U型管(1)的上端连通，所述燃烧套管(2)的右端安装有与二级燃烧室(9)连通的上尾喷管(6)，所述U型管(1)的下端穿过左侧燃料室(3)且安装有下回火燃烧室(11)，所述下回火燃烧室(11)的外侧套设有与左侧燃料室(3)固定的安装管(20)，所述上回火燃烧室(10)和下回火燃烧室(11)的表面均贯穿开设有气孔，所述下回火燃烧室(11)远离左侧燃料室(3)的一端与下尾喷管(7)连通安装，且下尾喷管(7)的左端贯穿右侧燃料室(4)设置；
所述左侧燃料室(3)分别安装有与燃烧套管(2)和安装管(20)相对应的液体气化单向阀(15)，所述右侧燃料室(4)安装有与二级燃烧室(9)相对应的液体气化单向阀(15)，所述一级燃烧室(8)靠近上回火燃烧室(10)的一端开设有燃料入口(18)，所述二级燃烧室(9)靠近混合燃料空气约束腔道(16)的一端同样开设有燃料入口(18)，所述一级燃烧室(8)和二级燃烧室(9)的内壁且靠近同侧燃料入口(18)的位置处均安装有火花塞(19)；
所述一级燃烧室(8)内安装有第一水滴形气流约束件(12)，所述二级燃烧室(9)内安装有第二水滴形气流约束件(13)，所述U型管(1)下端的内部且靠近下回火燃烧室(11)左侧位置处安装有第三水滴形气流约束件(14)。
2.根据权利要求1所述的一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机，其特征在于，所述第一水滴形气流约束件(12)通过鳍状导热连接柱(17)与一级燃烧室(8)的内壁固定，所述第一水滴形气流约束件(12)还通过鳍状导热连接柱(17)与第三水滴形气流约束件(14)固定，且第一水滴形气流约束件(12)与第三水滴形气流约束件(14)之间的鳍状导热连接柱(17)贯穿左侧燃料室(3)设置，所述第二水滴形气流约束件(13)通过鳍状导热连接柱(17)与二级燃烧室(9)的内壁固定。
3.根据权利要求1所述的一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机，其特征在于，所述下回火燃烧室(11)靠近右侧燃料室(4)的一侧安装有圆台状空心管(21)，所述下回火燃烧室(11)通过圆台状空心管与下尾喷管(7)连通安装。
4.根据权利要求1所述的一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机，其特征在于，所述上回火燃烧室(10)和下回火燃烧室(11)均呈圆台形的空心管状结构，且上回火燃烧室(10)和下回火燃烧室(11)均开设有气孔。
5.根据权利要求1所述的一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机，其特征在于，所述左侧燃料室(3)的上端嵌设安装在燃烧套管(2)的内部，且燃烧套管(2)的上端包裹在一级燃烧室(8)的外侧，所述右侧燃料室(4)的上端与燃烧套管(2)靠近上尾喷管(6)一端的底壁固定安装。
6.根据权利要求1所述的一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机，其特征在于，所述混合燃料空气约束腔道(16)呈圆台管状结构，所述混合燃料空气约束腔道(16)直径较小的一端与一级燃烧室(8)安装，所述混合燃料空气约束腔道(16)直径较大的一端与二级燃烧室(9)安装。
7.根据权利要求1所述的一种U型管结构负压吸气式脉冲发动机，其特征在于，所述一级燃烧室(8)的内壁环绕安装有八个火花塞(19)，所述二级燃烧室(9)的内部同样环绕安装有八个火花塞(19)。
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