CN113864085A - 一种多管式连续工作爆轰发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多管式连续工作爆轰发动机，包括爆轰管、引燃管、静置区外管和气室；所述气室位于发动机出口固定板和发动机闭口盖板之间；在所述气室附近均布若干爆轰管；每一所述爆轰管外安装静置区外管，所述静置区外管与爆轰管之间的区域为静置区；所述静置区通过配气管与气室连通；所述静置区与爆轰管之间设有第三控制阀门；相邻所述爆轰管之间通过引燃管连通，所述引燃管一端与一个爆轰管出口端连通，所述引燃管另一端与其相邻的爆轰管进口端连通；所述引燃管通过引燃管进气管与气室连通，且所述引燃管进气管位于爆轰管进口端附近；任一所述引燃管上设有火花塞。本发明具有结构简单，安全可靠，工作频率高，点火次数少且能量小。

Description

一种多管式连续工作爆轰发动机
技术领域
本发明涉及爆轰发动机技术领域，特别涉及一种多管式连续工作爆轰发动机。
背景技术
爆轰是一种以超声速传播的极端的燃烧现象，是作为以激波为主导的化学反应气体流动的，是气体动力学、激波动力学和燃烧学等众多学科融合到一起的前沿学科，爆轰波作为由强激波和紧随其后的燃烧反应区组成的具有自发燃烧的强燃烧过程。爆轰具有反应速率快、热效率高、增压燃烧优势，在高超声速动力、高焓风洞等航空航天核心技术方面有重大的应用潜力。而脉冲爆轰发动机基于等容燃烧有较高的燃烧效率，简单的结构和多样性的管道截面积形状，独特的预压缩产生推力的方式等众多优点激发着人们对脉冲爆轰发动机的研究热情。
脉冲爆轰发动机是利用脉冲爆轰波与燃烧波相互耦合产生周期性冲量的非定常推进系统。脉冲爆轰发动机有众多优点，基于等容燃烧具有较高的热效率，简单的结构安全可靠，极大的推动比和多样性的结构，脉冲爆轰发动机可以满足多种工作工况。但脉冲爆轰发动机的持续输出强劲推动力一直是重要的研究问题。脉冲爆轰发动机与脉冲发动机不同，并不是基于燃烧室声学共振原理的，它的推动力与爆轰频率成正比，而爆轰频率在物理上只受填充速度的影响，因此若要提高推动力增加爆轰频率就是重中之重。脉冲爆轰发动机主要是由进气道、阀门、点火器、爆震室、喷管等组成。一个工作循环包括进气、喷油、点火、燃烧及排气，通过不断地循环工作来满足脉冲爆轰发动机的循环工作。也有不少针对该工作循环系统来进行设计优化该系统减少循环工作时长增加循环爆轰频率。目前针对提高爆轰频率的主要方式是进行多管爆轰发动机高频率点火和减少充燃燃气过程多管爆轰来提高爆轰频率。通过多个爆轰管道有序的燃烧不断地提供推动力，增强了整体脉冲爆轰发动机的爆轰频率，提高推动力。但这些过程无论是直管、螺旋管还是突缩管等都需要不管的点火通过增加点火频率提高爆轰频率。而多管式连续脉冲爆轰发动机可以通过一次点火形成连续不断的连续爆轰，通过火焰的不断传播增加了，之后形成稳定巨大的点火能量缩短了引燃过程，减少了脉冲爆轰发动机的体量，缩短了DDT(缓燃向爆轰转捩)距离提高了脉冲爆轰发动机的爆轰频率，提高脉冲爆轰的推动力。
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式连续工作爆轰发动机，具有结构简单，安全可靠，工作频率高，点火次数少且能量小。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种多管式连续工作爆轰发动机，包括爆轰管、引燃管、静置区外管和气室；
所述气室位于发动机出口固定板和发动机闭口盖板之间；在所述气室附近均布若干爆轰管；每一所述爆轰管外安装静置区外管，所述静置区外管与爆轰管之间的区域为静置区；所述静置区通过配气管与气室连通，用于给静置区提供燃气；所述静置区与爆轰管之间设有第三控制阀门；
相邻所述爆轰管之间通过引燃管连通，所述引燃管一端与一个爆轰管出口端连通，所述引燃管另一端与其相邻的爆轰管进口端连通；所述引燃管通过引燃管进气管与气室连通，且所述引燃管进气管位于爆轰管进口端附近；任一所述引燃管上设有火花塞。
进一步，所述气室内被隔板分割成若干互相独立的配气室，一类所述配气室通过第四控制阀门与配气管连通，另一类所述配气室通过第四控制阀门与引燃管进气管连通；每个所述配气室通过燃气配送管与配气系统连通。
进一步，所述引燃管另一端垂直与相邻的爆轰管进口端。
进一步，所述气室内被隔板分割成若干交替布置且互相独立的第一配气室和第二配气室，所述第一配气室与配气管连通，所述第二配气室与引燃管进气管连通，所述第一配气室和第二配气室配送不同的燃气。
进一步，靠近爆轰管出口端的所述引燃管一端设有棱形凸起，用于爆轰波的分流。
进一步，所述引燃管上设有凹起部分，用于减少爆轰波在曲形管内的耗损。
进一步，所述凹起部分为圆弧形，用于增加燃气的扰动。
进一步，与爆轰管出口端连通的所述引燃管一端上安装第二控制阀门，且第二控制阀门位于火花塞后方；与爆轰管进口端连通的所述引燃管另一端上安装第一控制阀门；所述引燃管一端上设有压力探测器，用于引燃管进口的压力大小；所述引燃管另一端上设有燃气探测器，用于引燃管出口的燃气浓度。
进一步，还包括控制器，所述控制器获取燃气探测器和压力探测器的检测值，当引燃管进口的压力超过设定值时，所述控制器控制第一控制阀门和第二控制阀门同步开启；当引燃管出口的燃气浓度低于设定值时，所述控制器控制第一控制阀门和第二控制阀门同步闭合。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的多管式连续工作爆轰发动机，将引燃管分布在两个爆轰管之间，引燃管分别连接爆轰管的出口和相邻爆轰管的进口，引燃管在连接爆轰管的出口是垂直连接有利于点燃爆轰管；引燃管和爆轰管出口连接与爆轰方向成锐角，有利于点燃引燃管。此外引燃管在爆轰管之间，减少发动机长度；因为有引燃管可以对爆轰管进行高能量点火不仅缩减了DDT距离还增大了爆轰管燃料的选用范围。
2.本发明所述的多管式连续工作爆轰发动机，气室有隔板隔开并且每个小气室分别与燃气配送管连接，爆轰管由第三控制阀门来控制对静置区的连通实现对爆轰管和引燃管进行多样化配气。
3.本发明所述的多管式连续工作爆轰发动机，近爆轰管出口端的所述引燃管一端设有棱形凸起，便于爆轰波传入引燃管，并减少爆轰波传入引燃管带来的能量损失。
4.本发明所述的多管式连续工作爆轰发动机，所述引燃管上设有凹起部分，用来减少爆轰波在曲形管内的耗损，并起到弧形扰流物的作用，增加燃气的扰动增强火焰在引燃管内的传播速度。
5.本发明所述的多管式连续工作爆轰发动机，通过燃气探测器和压力探测器用来探测压力和燃气浓度，从而进行阀门的控制、燃气的配送。
6.本发明所述的多管式连续工作爆轰发动机，结构简单稳定可靠，燃烧爆轰模式多样化，燃气配送方式多样化，爆轰频率高，点火次数少，引燃管的存在加快了反应速度促进了爆轰波的形成。
附图说明
图1为本发明所述的多管式连续工作爆轰发动机的立体图。
图2为本发明所述的气室截面图。
图3为本发明所述的控制器控制系统图。
图4为图3的局部放大图。
图中：
1-爆轰管；2-发动机出口固定板；3-引燃管；4-发动机闭口盖板；5-配气管；6-引燃管进气管；7-引燃管排气管；8-燃气配送管；9-隔板；10-火花塞；11-静置区外管；12-气室；14-控制室；15-凹起部分；16-棱形凸起；17-压力探测器；18-燃气探测器；19-第一爆轰管；20-第二爆轰管；21-第一控制阀门；22-第二控制阀门；23-第三控制阀门；24-第四控制阀门；25-静置区。
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。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明所述的多管式连续工作爆轰发动机，包括爆轰管1、引燃管3、静置区外管11和气室12；所述气室12位于发动机出口固定板2和发动机闭口盖板4之间；在所述气室12附近均布若干爆轰管1；每一所述爆轰管1外安装静置区外管11，所述静置区外管11与爆轰管1之间的区域为静置区25；所述静置区25通过配气管5与气室12连通，用于给静置区25提供燃气；所述静置区25与爆轰管1之间设有若干第三控制阀门23，如图3所示；相邻所述爆轰管1之间通过引燃管3连通，所述引燃管3一端与一个爆轰管1出口端连通，所述引燃管3另一端与其相邻的爆轰管1进口端连通；所述引燃管3通过引燃管进气管6与气室12连通，且所述引燃管进气管6位于爆轰管1进口端附近；任一所述引燃管3上设有火花塞10。
所述气室12内被隔板9分割成若干互相独立的配气室，一类所述配气室通过第四控制阀门24与配气管5连通，另一类所述配气室通过第四控制阀门24与引燃管进气管6连通；每个所述配气室通过燃气配送管8与配气系统连通。气室12中的隔板9分隔成若干独立的配气室，有利于所用燃料的多样化正好利用了引燃管3射流点火爆轰管1强大的点火能量。
实施例如图2所示，所述气室12内被隔板9分割成若干交替布置且互相独立的第一配气室和第二配气室，所述第一配气室与配气管5连通，所述第二配气室与引燃管进气管6连通，所述第一配气室和第二配气室配送不同的燃气。
如图1所示，引燃管排气管7和爆轰管1出口同一方向并都固定在发动机出口固定板2上有利于结构的稳定。引燃管3与爆轰管1出口端连接处于爆轰管1出口方向成锐角弯曲向上，该锐角结构有利于爆轰管1传播火焰点燃引燃管3；引燃管3与爆轰管1进口端最终垂直连接，引燃管3和爆轰管1的垂直结构有利于点燃爆轰管1，增强起爆能量。引燃管3对爆轰管1的垂直起爆，由引燃管3形成巨大的能量点燃爆轰管1可以增加爆轰管1燃气选用的范围。
如图4所示，靠近爆轰管1出口端的所述引燃管3一端设有棱形凸起16，便于爆轰波传入引燃管，并减少爆轰波传入引燃管带来的能量损失。所述引燃管3上设有凹起部分15，用于减少爆轰波在曲形管内的耗损。所述凹起部分15为圆弧形，用于增加燃气的扰动，增加燃气的扰动增强火焰在引燃管内的传播速度。
如图3所示，与爆轰管1出口端连通的所述引燃管3一端上安装第二控制阀门22，且第二控制阀门22位于火花塞10后方；与爆轰管1进口端连通的所述引燃管3另一端上安装第一控制阀门21；所述引燃管3一端上设有压力探测器17，用于引燃管3进口的压力大小；所述引燃管3另一端上设有燃气探测器18，用于引燃管3出口的燃气浓度。还包括控制器14，所述控制器14获取燃气探测器18和压力探测器17的检测值，当引燃管3进口的压力超过设定值时，所述控制器14控制第一控制阀门21和第二控制阀门22同步开启；当引燃管3出口的燃气浓度低于设定值时，所述控制器14控制第一控制阀门21和第二控制阀门22同步闭合。
工作过程：
气室12分别沿配气管5和引燃管进气管6填充静置区25和引燃管3。初次火花塞10点燃引燃管3，火焰在引燃管3快速燃烧前进进入爆轰管1，巨大的点火能量直接引爆爆轰管1，和火焰耦合的爆轰波形成，提供巨大的推动力时点燃出口处的引燃管3。在引燃管3的两端安有压力探测器17和燃气探测器18分别用来控制第二控制阀门22和第一控制阀门21，爆轰波在第一爆轰管19内传播至末端，在棱形凸起16的引导下将爆轰波传入引燃管3，在凹起部分15的帮助下火焰在引燃管3内进行快速传播，由射流点火射入第二爆轰管20中，并点燃第二爆轰管20；第一爆轰管19被点燃后快速产生的前导激波被压力探测器17探测并传出信号打开第一控制阀门21、第二控制阀门22，第一爆轰管19内火焰点燃引燃管3，并通过引燃管3点燃下一个第二爆轰管22，由引燃管3的燃气探测器18探测燃气浓度确定已经完全燃烧后发出信号关闭该引燃管内的第一控制阀门21和第二控制阀门22，同时打开第一爆轰管19内的第三控制阀门23和该引燃管的排气管7的第四控制阀门24排出废气气体并填充新的气体以此循环往复形成循环爆轰。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多管式连续工作爆轰发动机，其特征在于，包括爆轰管(1)、引燃管(3)、静置区外管(11)和气室(12)；
所述气室(12)位于发动机出口固定板(2)和发动机闭口盖板(4)之间；在所述气室(12)附近均布若干爆轰管(1)；每一所述爆轰管(1)外安装静置区外管(11)，所述静置区外管(11)与爆轰管(1)之间的区域为静置区(25)；所述静置区(25)通过配气管(5)与气室(12)连通，用于给静置区(25)提供燃气；所述静置区(25)与爆轰管(1)之间设有第三控制阀门(23)；
相邻所述爆轰管(1)之间通过引燃管(3)连通，所述引燃管(3)一端与一个爆轰管(1)出口端连通，所述引燃管(3)另一端与其相邻的爆轰管(1)进口端连通；所述引燃管(3)通过引燃管进气管(6)与气室(12)连通，且所述引燃管进气管(6)位于爆轰管(1)进口端附近；任一所述引燃管(3)上设有火花塞(10)。
2.根据权利要求1所述的多管式连续工作爆轰发动机，其特征在于，所述气室(12)内被隔板(9)分割成若干互相独立的配气室，一类所述配气室通过第四控制阀门(24)与配气管(5)连通，另一类所述配气室通过第四控制阀门(24)与引燃管进气管(6)连通；每个所述配气室通过燃气配送管(8)与配气系统连通。
3.根据权利要求1所述的多管式连续工作爆轰发动机，其特征在于，所述引燃管(3)另一端垂直与相邻的爆轰管(1)进口端。
4.根据权利要求2所述的多管式连续工作爆轰发动机，其特征在于，所述气室(12)内被隔板(9)分割成若干交替布置且互相独立的第一配气室和第二配气室，所述第一配气室与配气管(5)连通，所述第二配气室与引燃管进气管(6)连通，所述第一配气室和第二配气室配送不同的燃气。
5.根据权利要求1所述的多管式连续工作爆轰发动机，其特征在于，靠近爆轰管(1)出口端的所述引燃管(3)一端设有棱形凸起(16)，用于爆轰波的分流。
6.根据权利要求5所述的多管式连续工作爆轰发动机，其特征在于，所述引燃管(3)上设有凹起部分(15)，用于减少爆轰波在曲形管内的耗损。
7.根据权利要求6所述的多管式连续工作爆轰发动机，其特征在于，所述凹起部分(15)为圆弧形，用于增加燃气的扰动。
8.根据权利要求1所述的多管式连续工作爆轰发动机，其特征在于，与爆轰管(1)出口端连通的所述引燃管(3)一端上安装第二控制阀门(22)，且第二控制阀门(22)位于火花塞(10)后方；与爆轰管(1)进口端连通的所述引燃管(3)另一端上安装第一控制阀门(21)；所述引燃管(3)一端上设有压力探测器(17)，用于引燃管(3)进口的压力大小；所述引燃管(3)另一端上设有燃气探测器(18)，用于引燃管(3)出口的燃气浓度。
9.根据权利要求8所述的多管式连续工作爆轰发动机，其特征在于，还包括控制器(14)，所述控制器(14)获取燃气探测器(18)和压力探测器(17)的检测值，当引燃管(3)进口的压力超过设定值时，所述控制器(14)控制第一控制阀门(21)和第二控制阀门(22)同步开启；当引燃管(3)出口的燃气浓度低于设定值时，所述控制器(14)控制第一控制阀门(21)和第二控制阀门(22)同步闭合。
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