CN114112407B - 一种粉末爆轰发动机输送系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种粉末爆轰发动机输送系统。包括管路1、管路2、管路3和管路4，所述管路1和管路2共用一套氮气源，管路1用于输送金属铝粉粉末，管路2用于试验后对整个系统的吹扫，管路3、管路4分别用于输送氧气和氢气。为了确保氢气、氧气以及金属铝粉粉末输送的精确性和时序控制，在输送管路上安装了流量计、压强变送器和电磁阀等原件，通过减压阀调节前端压强实现输送流量的调节。本发明专利采用粉末与氧气、氢气掺混形成爆轰波，从而产生推力，形成的爆轰波理论上更强，产生的推力更大，更容易实现工程应用。

Description

一种粉末爆轰发动机输送系统及方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种粉末爆轰发动机输送系统及方法。

背景技术

爆轰是一种前导激波和化学反应的强耦合、自持传播并具有强间断性的燃烧现象，其间伴有大量能量释放。前导激波类似气动活塞，对波前反应物进行预压缩使其温度和压强迅速提高，因而反应物能够在很小尺度内发生剧烈化学反应并释放大量化学反应能量。这些能量又被用来支持前导激波对波前反应物进行冲击压缩。因此，爆轰波能够不衰减地自持传播下去。爆轰过程不仅是一个流体动力学过程，它还包含复杂的化学反应动力学过程，两者相互作用。爆轰燃烧由于接近等容燃烧，产生的熵增较小，比传统的等压燃烧方式涡轮风扇或冲压发动机具有更高的热效率——省去了预压缩过程。在标准大气状态下，满足化学当量比的氢/氧混合气，在压缩比为12时，爆轰循环热效率比等压循环热效率可提高18％-37％。针对爆轰发动机的上述优点，设计了一套粉末爆轰发动机用粉末及氧气、氢气输送系统。

现有爆轰技术多采用气体与气体混合采用螺旋式装置来产生爆轰现象，产生的爆轰波能量不高，仿真结果表明：采用粉末与气体混合产生爆轰波的比能量比采用气体与气体混合产生爆轰波的比能量高。而对于粉末与气体混合从而产生爆轰波的发动机还未见报道。为快速、高效产生爆轰波能量，本发明专利采用输送系统将铝粉粉末、氧气、氢气输送到爆轰发动机内，实现爆轰发动机的爆轰燃烧。

现有的爆轰技术采用螺旋式爆轰发动机将喷注到发动机内的混合气体点燃起爆，点火后产生爆轰现象，进而产生推力。产生的爆轰波能量不高。本发明基于以前气体混合爆轰的基础上，将铝粉粉末同时输送至发动机，经点火后产生气体和固体物质的爆轰现象，即是对以前爆轰技术的扩展、补充，又是一种更高效的爆轰技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明提供一种粉末爆轰发动机输送系统，以解决现有的爆轰技术下产生的爆轰波能量不高的问题。

为解决技术问题本发明采用的技术方案

一种粉末爆轰发动机输送系统，包括：

管路1，依次设置连接高压氮气瓶、压力表，手动截止阀，减压阀，流量计，电磁阀，压强变送器，单向阀、粉末储箱和电磁阀，管路串联连接至粉末爆轰发动机；

管路2，依次设置高压氮气瓶、手动截止阀、减压阀、电磁阀及单向阀，管路串联连接至粉末爆轰发动机；

管路3，依次设置连接高压氧气瓶、手动截止阀、减压阀、流量计、电磁阀、压强变送器及单向阀，管路依次串联连接至粉末爆轰发动机；

管路4，依次设置连接高压氢气瓶，手动截止阀，减压阀、流量计、压强变送器及单向阀，管路依次串联连接至粉末爆轰发动机。

进一步地，所述电磁阀，采用24V直流电源供电，远程工控机时序控制阀门的开闭。

进一步地，所述管路1粉末储箱连接电机，电机和粉末储箱采用滚珠丝杠式的活塞结构连接。

进一步地，所述粉末爆轰发动机包括：掺混管、预爆管、螺旋管、测试管和喷管，所述掺混管、预爆管、螺旋管、测试管和喷管分别先后安置在粉末爆轰发动机上，所述预爆管上的火花塞通过螺纹与螺旋管连接。

进一步地，所述发动机上安装了高频压强传感器。

一种粉末爆轰发动机输送方法，包括如下步骤：

1)各输送管路依次串联连接；

2)将粉末称重后放置于粉末储箱，通过调节电机的转速结合高压氮气瓶后端的减压阀的压力不同，来实现粉末输送速度及质量的调节；

3)通过调整压力使得氢气和氧气的输送体积比为2：1，手动打开高压氮气瓶、高压氧气瓶及高压氢气瓶后端手动截止阀；

4)通过设置管路1、管路3、管路4上电磁阀及发动机点火信号不同的时序控制程序，实现发动机点火与电磁阀之间不同的点火及阀门开关控制；

5)待试验完毕后，将管路1经减压后的氮气经调节阀调节到期望的压力值，通过电磁阀时序控制来实现发动机点火后管路2对试验发动机的吹扫。

获得的有益效果

本发明专利采用粉末与氧气、氢气掺混形成爆轰波，从而产生推力，形成的爆轰波理论上更强，产生的推力更大；更容易实现工程应用。

附图说明

图1：粉末爆轰发动机输送系统示意图；

图2：粉末爆轰发动机示意图；

其中：1-高压氮气瓶，2-压力表，3-手动截止阀，4-减压阀，5-流量计，6-电磁阀，7-压强变送器，8-单向阀，9-电机，10-粉末储箱，11-高压氧气瓶，12-高压氢气瓶，13-爆轰发动机，14-掺混管,15-预爆管，16-高频压强传感器，17-螺旋管，18-弹簧，19-测试管，20-喷管。

具体实施方式

本发明采用氮气作为流化气将铝粉粉末输送至爆轰发动机，同时将氧气、氢气通过输送系统定量输送至爆轰发动机，为了实现铝粉粉末、氧气、氢气的精确输送，系统中采用不同的输送方式。针对铝粉粉末，采用氮气作为流化气配合电机驱动的输送方式。氧气、氢气的精确输送可通过减压阀调压配合电磁阀控制的输送方式。为实现精确控制系统中放置不同功能的传感器进行实时监测。爆轰发动机包括预爆管、掺混管、螺旋管、测试管及喷管组成，各部分之间通过法兰螺栓进行连接。

为使本发明所提出的技术方案的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图，对本发明所提出的技术方案的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明中的粉末爆轰发动机输送系统包括管路1、管路2、管路3和管路4，其中管路1和管路2共用一套氮气源，管路1用于输送金属铝粉粉末，管路2用于实现试验后对整个系统的吹扫。管路3、管路4分别用于输送氧气和氢气。

粉末爆轰发动机输送系统管路1中1为高压氮气瓶，为管路1和管路2提供动力，2为压力表用于显示从高压氮气瓶排出的高压氮气的压强。3为手动截止阀，用于手动打开高压氮气，4为减压阀，用于将高压氮气瓶排出的高压氮气减压到期望的压力值。5为流量计，用于测量经减压阀减压后流过的氮气流量。6为电磁阀，采用24V直流电源供电，通过远程工控机时序控制实现阀门的开闭。7为压强变送器，用于测量流过管路的氮气压强。8为单向阀，用于限制气体的流动方向，气体只能由氮气瓶1流到粉末储箱10，而不能反向流动。由于安装了单向阀，即使后端气体压强比前端压强高，气体也不能从高压强流向低压强。9为电机，10为粉末储箱，采用滚珠丝杠式的活塞结构，通过电机9的转动将粉末储箱10内的金属粉末进行输送，同时流化气体氮气流入，将金属粉末带入到发动机内。通过调节电机9的转速和流化气体氮气的压强可以实现调节金属粉末输送速度及流量的目的。

粉末爆轰发动机输送系统管路2为吹扫管路，将管路1经减压后的氮气经调节阀调节到期望的压力值，通过电磁阀时序控制来实现发动机点火后对发动机的吹扫。

粉末爆轰发动机输送系统管路3为氧气输送管路。11为高压氧气瓶，高压氧气经减压阀减压后流入到发动机内部，为了确保氧气输送的精确性和时序控制。在输送管路上安装了流量计、压强变送器和电磁阀。通过减压阀调节前端压强实现输送流量的调节。

粉末爆轰发动机输送系统管路4为氢气输送管路。12为高压氢气瓶，高压氢气经减压阀减压后流入到发动机内部，为了确保氢气输送的精确性和时序控制。在输送管路上安装了流量计、压强变送器和电磁阀。通过减压阀调节前端压强实现输送流量的调节。

如图2所示，本发明中的粉末爆轰发动机包括掺混管14、预爆管15、螺旋管17、测试管19和喷管20。掺混管14用于对固体粉末、氧气及氢气进行预混，调节固体粉末、氧气及氢气的混合比例，达到最佳的混合比。预爆管15上安装火花塞，同时从管路3、管路4分别引入少量氢气和氧气，氢气和氧气预混后采用火花塞实现粉末爆轰发动机点火。粉末爆轰发动机点火后经螺旋管17内的弹簧18产生激波形成前导激波，前导激波与波后化学反应放热耦合形成超声速燃烧波，前导激波压缩可燃混合物—氢、氧、粉末混合物，使其温度和压力升高，在如此高的压力和温度下快速完成化学反应放热，同时化学反应放出的热量支持着爆轰波继续向前传播。爆轰波传播至测试管19，形成稳定的爆轰波，经拉瓦尔喷管20加速形成推力。由于爆轰波速度很快，为准确测试爆轰波产生的压强及压强变化情况，发动机13上安装了高频压强传感器16。

进行爆轰试验时，将粉末称重后放置于粉末储箱10，通过调节电机9的转速来实现粉末输送速度的调节，手动调节高压氮气瓶1、高压氧气瓶11及高压氢气瓶12后端减压阀4的压力，得到不同的氮气、氧气及氢气压力。通过调节电机9的转速结合高压氮气瓶1后端减压阀4的压力不同，实现输送粉末质量的调节。通过调整压力使得氢气和氧气的输送体积比为2：1，手动打开高压氮气瓶1、高压氧气瓶11及高压氢气瓶12后端手动截止阀3。通过上位机设置管路1、管路2、管路3、管路4上电磁阀6及发动机点火信号不同的时序控制程序，从而得到不同的时序控制，实现发动机点火与电磁阀之间不同的点火及阀门开关控制。

Claims (5)

1.一种粉末爆轰发动机输送系统，其特征在于，包括：

管路1，依次设置连接高压氮气瓶、压力表，手动截止阀，减压阀，流量计，电磁阀，压强变送器，单向阀、粉末储箱和电磁阀，管路串联连接至粉末爆轰发动机；

管路2，依次设置高压氮气瓶、手动截止阀、减压阀、电磁阀及单向阀，管路串联连接至粉末爆轰发动机；

管路3，依次设置连接高压氧气瓶、手动截止阀、减压阀、流量计、电磁阀、压强变送器及单向阀，管路依次串联连接至粉末爆轰发动机；

管路4，依次设置连接高压氢气瓶，手动截止阀，减压阀、流量计、压强变送器及单向阀，管路依次串联连接至粉末爆轰发动机；

其中管路1和管路2共用一套氮气源，管路1用于输送金属铝粉粉末，管路2用于实现试验后对整个系统的吹扫，管路3、管路4分别用于输送氧气和氢气；

所述管路1粉末储箱连接电机，电机和粉末储箱采用滚珠丝杠式的活塞结构连接。

2.根据权利要求1所述的一种粉末爆轰发动机输送系统，其特征在于：所述电磁阀，采用24V直流电源供电，远程工控机时序控制阀门的开闭。

3.根据权利要求1所述的一种粉末爆轰发动机输送系统，其特征在于，所述粉末爆轰发动机包括：掺混管、预爆管、螺旋管、测试管和喷管，所述掺混管、预爆管、螺旋管、测试管和喷管分别先后安置在粉末爆轰发动机上，所述预爆管上的火花塞通过螺纹与螺旋管连接。

4.根据权利要求3所述的一种粉末爆轰发动机输送系统，其特征在于：所述发动机上安装了高频压强传感器。

5.根据权利要求1所述的粉末爆轰发动机输送系统的输送方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)各输送管路分别依次串联连接；

2)将铝粉称重后放置于粉末储箱，通过调节电机的转速结合高压氮气瓶后端的减压阀的压力不同，来实现粉末输送速度及质量的调节；

3)通过调整压力使得氢气和氧气的输送体积比为2：1，手动打开高压氮气瓶、高压氧气瓶及高压氢气瓶后端手动截止阀；

4)通过设置管路1、管路3、管路4上电磁阀及发动机点火信号不同的时序控制程序，实现发动机点火与电磁阀之间不同的点火及阀门开关控制；

5)待试验完毕后，将管路1经减压后的氮气经调节阀调节到期望的压力值，通过电磁阀时序控制来实现发动机点火后管路2对试验发动机的吹扫。