CN114001376A - 一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室，其包括内壳体、外壳体和放电组件，内壳体上设置有燃料供给通道，外壳体在轴向上包括助爆段和燃烧段，助爆段和燃烧段以燃料供给通道处为区分点，助爆段位于外壳体的上游，助爆段和内壳体一起形成环形气流通道，燃料供给通道与环形气流通道相连通，燃烧段与内壳体一起形成环形燃烧室，环形气流通道和环形燃烧室相连通，内壳体的上游与高压电源的低压端电连接，放电组件安装于助爆段上且与高压电源的高压端电连接。本申请具有缩短爆燃转爆震的距离，缩小临界爆震胞格尺寸，降低临界点火能，拓宽当量比下限，降低点火触发条件，同时在一定程度上防止了活性物质提前消耗的效果。

Description

一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室

技术领域

本申请涉及航空航天动力的技术领域，尤其是涉及一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室。

背景技术

旋转爆震燃烧室是一种利用爆震燃烧方式的环形燃烧室。爆震燃烧单位时间放热强度大、熵增低，因此实现稳定可靠的爆震燃烧，并将其应用于工程实践，从而发展出新型推进与动力技术，是人们不断追求的目标。

相关技术中，燃料由燃烧室头部的燃料供给通道供给，空气通过燃烧室头部的进气管进入燃烧室，预爆震管点燃由燃料和空气形成的预混燃料产生爆燃，爆燃在燃烧室中沿周向旋转而变成一道激波，再经过不断压缩可燃混合物，逐渐转变至爆震波。

针对上述中的相关技术，由于爆震燃烧是从爆燃逐渐转变至爆震的过程，因此爆震燃烧与爆燃相比，发明人认为存在有爆震燃烧的触发难度高的问题。

发明内容

为了改善爆震燃烧的触发难度高的问题，本申请提供一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室。

本申请提供的一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室采用如下的技术方案：

一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室，用于与高压电源电连接，包括内壳体、外壳体和放电组件，所述内壳体上设置有燃料供给通道，所述外壳体在轴向上包括助爆段和燃烧段，所述助爆段和所述燃烧段以所述燃料供给通道处为区分点，所述助爆段位于所述外壳体的上游，所述助爆段和所述内壳体一起形成环形气流通道，所述燃料供给通道与所述环形气流通道相连通，所述燃烧段与所述内壳体一起形成环形燃烧室，所述环形气流通道和所述环形燃烧室相连通，所述内壳体的上游与高压电源的低压端电连接，所述放电组件安装于所述助爆段上，用于与高压电源的高压端电连接。

通过采用上述技术方案，放电组件与高压电源通电后电离通过环形气流通道的空气，在环形气流通道中形成大体积、高浓度的低温等离子体，进一步地，当高压电源的低压端与高压端之间的电压差足够大，产生大量的活性物质，这些活性物质进入环形燃烧室内和燃料混合，由于活性物质能够增强燃料的低温和高温氧化，因此缩短爆燃转爆震的距离，缩小临界爆震胞格尺寸，降低临界点火能，拓宽当量比下限，从而降低点火触发条件，同时将高压电源电连接于内壳体的上游和金属环上，使得高压电源电离与燃料混合前的空气，在一定程度上防止引起燃烧室提前点火，造成活性物质提前消耗。

可选的，所述放电组件由金属环和位于所述金属环两侧的绝缘环组成，所述绝缘环的宽度大于所述内壳体和所述外壳体之间的距离，所述绝缘环嵌设于所述助爆段上，所述金属环与高压电源的高压端电连接。

通过采用上述技术方案，金属环与高压电源通电后电离通过环形气流通道的空气，绝缘环位于金属环两侧用于绝缘外壳体，且绝缘环的宽度大于内壳体和外壳体之间的距离，使得电离发生在金属环与内壳体之间。

可选的，所述金属环内壁设置有若干突起。

通过采用上述技术方案，相比于金属环与内壳体之间的面对面放电，突起的设置能够缩短放电间隙，更容易放电。

可选的，所述放电组件包括绝缘环和位于所述绝缘环内壁的金属网环，所述金属网环侧壁到所述绝缘环侧壁的距离大于所述内壳体和所述外壳体之间的距离，所述绝缘环嵌设于所述助爆段上，所述绝缘环上开设有通孔，所述金属网环通过所述通孔与高压电源的高压端电连接。

通过采用上述技术方案，金属网环与高压电源通电后电离通过环形气流通道的空气，绝缘环位于金属网环两侧用于绝缘外壳体，且金属网环侧壁到绝缘环侧壁的距离大于内壳体和外壳体之间的距离，使得电离发生在金属网环与内壳体之间。

可选的，所述通孔处设置有密封环。

通过采用上述技术方案，由于通孔与环形气流通道段连通，密封环的设置增加通孔的密封性，防止漏气。

可选的，所述环形气流通道上设置有喉道，且所述喉道为先渐缩后扩张式通道。

通过采用上述技术方案，喉道设置为先渐缩后扩张式通道，由此增大了空气进入环形燃烧室时的压力，从而有助于提高环形燃烧内的可爆混合气掺混程度，从而提高旋转爆震燃烧的燃烧效率。

可选的，所述燃料供给通道直接连通于所述喉道上。

通过采用上述技术方案，有利于燃料供给通道向环形燃烧室供入的燃料与喉道向环形燃烧室供入的空气进行快速掺混。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

放电组件与高压电源通电后电离通过环形气流通道的空气，在环形气流通道中形成大体积、高浓度的低温等离子体，进一步地，当高压电源的低压端与高压端之间的电压差足够大，产生大量的活性物质，这些活性物质进入环形燃烧室内和燃料混合，由于活性物质能够增强燃料的低温和高温氧化，因此缩短爆燃转爆震的距离，缩小临界爆震胞格尺寸，降低临界点火能，拓宽当量比下限，从而降低点火触发条件；

将高压电源电连接于内壳体的上游和金属环上，使得高压电源电离与燃料混合前的空气，在一定程度上防止引起燃烧室提前点火，造成活性物质提前消耗。

附图说明

图1是本申请实施例1的一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室的整体示意图。

图2是本申请实施例1的一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室的结构示意图。

图3是本申请实施例2的一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室的整体示意图。

图4是本申请实施例2的一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室的结构示意图。

图5是本申请实施例2的绝缘环的结构示意图。

附图标记说明：1、内壳体；11、助爆段；12、燃烧段；2、外壳体；3、放电组件；31、金属环；311、突起；32、绝缘环；321、通孔；322、密封环；33、金属网环；4、燃料供给通道；5、环形气流通道；51、喉道；6、环形燃烧室。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

实施例1：

本申请实施例1公开一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室，燃烧室与高压电源接通时，利用高压电源的高压端与低压端之间的放电现象电离空气，形成大体积、高浓度的低温等离子体，进一步地，当高压电源的低压端与高压端之间的电压差足够大，产生大量的活性物质。

参照图1，一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室包括内壳体1、外壳体2和放电组件3。

参照图2，内壳体1上设置有燃料供给通道4，爆震燃烧室所需燃料通过燃料供给通道4供给。

参照图2，外壳体2在轴向上包括以燃料供给通道4处为区分点的助爆段11和燃烧段12，助爆段11位于外壳体2的上游，外壳体2的上游即靠近空气进入端的一段，助爆段11和内壳体1一起形成环形气流通道5，为爆震燃烧室供给所需空气；燃烧段12与内壳体1一起形成环形燃烧室6，进行爆燃和爆震反应。

参照图2，燃料供给通道4与环形气流通道5相连通，并且均连通环形燃烧室6，燃料和空气进入环形燃烧室6中，混合后形成可爆混合气。

参照图2，放电组件3由金属环31和位于金属环31两侧的绝缘环32组成，绝缘环32选用陶瓷材料，金属环31和绝缘环32固定连接为一体，且绝缘环32的宽度大于内壳体1和外壳体2之间的距离，使得电离发生在金属环31与内壳体1之间。将两侧的绝缘环32嵌设于助爆段11上且与助爆段11固定连接，金属环31与高压电源的高压端电连接。在金属环31内壁设置有若干突起311，突起311为半球状且曲面朝向内壳体1。

参照图2，内壳体1的上游与高压电源的低压端电连接，内壳体1的上游，即靠近空气进入端的一段。

参照图2，环形气流通道5上设置有喉道51，且喉道51为先渐缩后扩张式通道，燃料供给通道4直接连通于喉道51上，有利于燃料供给通道4向环形燃烧室6供入的燃料与喉道51向环形燃烧室6供入的空气进行快速掺混。

本实施例的实施原理为：

通过环形气流通道5的空气和通过燃料供给通道4的燃料，均先经过喉道51快速掺混，然后进入环形燃烧室6；启动高压电源，当高压电源的低压端与内壳体1的上游电连接，高压电源的高压端与金属环31电连接，供电后在环形气流通道5中将会形成大体积、高浓度的低温等离子体，进一步地，当高压电源的低压端与高压端之间的电压差足够大，能够产生臭氧、激发态氮分子、激发态氧分子等大量的活性物质，能够加快旋转爆震燃烧时的化学反应速率，尤其是臭氧能够显著增强燃料的低温和高温氧化，缩小临界爆震胞格尺寸，降低临界点火能，拓宽当量比下限，从而大大进而提高了环形燃烧室6内的旋转爆震波的快速形成和稳定传播，由此缩短了爆燃转变至爆震的时间；同时能够有效减小应用上述燃烧室的发动机尺寸；并且高压电源电离与燃料混合前的空气，在一定程度上防止引起燃烧室提前点火，造成活性物质提前消耗，使得活性物质能够发挥最大的作用。

实施例2：

本实施例2与实施例1的不同之处在于放电组件3。

参照图3、图4和图5，放电组件3包括绝缘环32和位于绝缘环32内壁的金属网环33，绝缘环32选用陶瓷材料，绝缘环32嵌设于助爆段11上且绝缘环32的两端均与助爆段11固定连接，金属网固定连接于绝缘环32内壁上，且金属网环33侧壁到绝缘环32侧壁的距离大于内壳体1和外壳体2之间的距离，使得电离发生在金属网环33与内壳体1之间。绝缘环32上开设有通孔321，金属网环33通过通孔321与高压电源的高压端电连接，通孔321处设置有密封环322，增加通孔321的密封性，防止漏气。

本实施例2的实施原理与本实施例1的实施原理不同之处在于：启动高压电源，当高压电源的低压端与内壳体1的上游电连接，高压电源的高压端穿过通孔321与金属网环33电连接。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室，用于与高压电源电连接，其特征在于：包括内壳体(1)、外壳体(2)和放电组件(3)，所述内壳体(1)上设置有燃料供给通道(4)，所述外壳体(2)在轴向上包括助爆段(11)和燃烧段(12)，所述助爆段(11)和所述燃烧段(12)以所述燃料供给通道(4)处为区分点，所述助爆段(11)位于所述外壳体(2)的上游，所述助爆段(11)和所述内壳体(1)一起形成环形气流通道(5)，所述燃料供给通道(4)与所述环形气流通道(5)相连通，所述燃烧段(12)与所述内壳体(1)一起形成环形燃烧室(6)，所述环形气流通道(5)和所述环形燃烧室(6)相连通，所述内壳体(1)的上游与高压电源的低压端电连接，所述放电组件(3)安装于所述助爆段(11)上，用于与高压电源的高压端电连接。

2.根据权利要求1所述的一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室，其特征在于：所述放电组件(3)由金属环(31)和位于所述金属环(31)两侧的绝缘环(32)组成，所述绝缘环(32)的宽度大于所述内壳体(1)和所述外壳体(2)之间的距离，所述绝缘环(32)嵌设于所述助爆段(11)上，所述金属环(31)与高压电源的高压端电连接。

3.根据权利要求2所述的一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室，其特征在于：所述金属环(31)内壁设置有若干突起(311)。

4.根据权利要求1所述的一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室，其特征在于：所述放电组件(3)包括绝缘环(32)和位于所述绝缘环(32)内壁的金属网环(33)，所述金属网环(33)侧壁到所述绝缘环(32)侧壁的距离大于所述内壳体(1)和所述外壳体(2)之间的距离，所述绝缘环(32)嵌设于所述助爆段(11)上，所述绝缘环(32)上开设有通孔(321)，所述金属网环(33)通过所述通孔(321)与高压电源的高压端电连接。

5.根据权利要求4所述的一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室，其特征在于：所述通孔(321)处设置有密封环(322)。

6.根据权利要求2或4所述的一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室，其特征在于：所述环形气流通道(5)上设置有喉道(51)，且所述喉道(51)为先渐缩后扩张式通道。

7.根据权利要求6所述的一种集气腔等离子体活化助爆旋转爆震燃烧室，其特征在于：所述燃料供给通道(4)直接连通于所述喉道(51)上。

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