CN114320659B - 一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机，属于燃气发动机技术领域，包括燃爆室、爆震室和复合式导流管，所述爆震室的两侧分别安装有燃爆室和复合式导流管，所述燃爆室远离爆震室的一端设置有燃料喷嘴，所述燃爆室和爆震室的外侧壁分别安装有氮气入口，所述燃爆室的外侧壁设置有点火器，所述复合式导流管的外侧壁设置有涡旋空气入口，用于消除燃料点火爆震后排出燃气因爆震过程产生的紊流，使气流在涡旋空气的作用下输出得更平稳、形成连续的高速风能输出。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机。
背景技术
目前国内外常见的爆震发动机，其用途基本上是作为飞行器的飞行动力装置，基本上没有可适用于风洞的风源设备应用研究和成熟商品。而在所有型式的爆震发动机的结构型式上，其爆震室至出口，都是敞口型式，这导致现有的爆震发动机点火效率不高、燃料浪费严重。
现有的爆震发动机模型，在一次燃爆点火过程结束以后，为防止新的燃料进入燃爆室被未燃尽的余火点着误触发，一般有一个扫气过程，这个扫气过程将占用发动机的点火时间频率，降低发动机的输出动力和推重比，同时加大了发动机控制系统难度及增加结构设计难度；在进行小型制导弹和飞行器方向舵形状参数设计及飞行试验过程中，经常需要进行仿真飞行环境试验，以获得满足空气动力学要求的最佳形状设计参数及控制性能需求；而一般的风洞试验装置，风源产生过程成本极高，且涉及产生高速风源的风洞设备体系复杂、耗能严重；一般情况下，这种风洞试验装置的建设成本也非常高昂，尤其是达到亚音速或超音速风速的风洞技术更为复杂；而常规的商用风洞试验设备，其最大风速一般只能达到50米/秒左右的风速，根本不能作为弹体进行空气动力学试验的风源使用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中在一次燃爆点火过程结束以后，为防止新的燃料进入燃爆室被未燃尽的余火点着误触发，一般有一个扫气过程，这个扫气过程将占用发动机的点火时间频率，降低发动机的输出动力和推重比，同时加大了发动机控制系统难度及增加结构设计难度。
在进行小型制导弹和飞行器方向舵形状参数设计及飞行试验过程中，经常需要产生一种高速风能仿真飞行环境试验，以获得满足空气动力学要求的最佳形状设计参数及控制性能需求；而一般的风洞试验装置，风源产生过程成本极高，且涉及产生高速风源的风洞设备体系复杂、耗能严重；一般情况下，这种风洞试验装置的建设成本也非常高昂，尤其是达到亚音速或超音速风速的风洞技术更为复杂；而常规的商用风洞试验设备，其最大风速一般只能达到50米/秒左右的风速，根本不能作为弹体进行空气动力学试验的风源使用，而提出的一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机，包括燃爆室、爆震室和复合式导流管，所述爆震室的两侧分别安装有燃爆室和复合式导流管，所述燃爆室远离爆震室的一端设置有燃料喷嘴，所述燃爆室和爆震室的外侧壁分别安装有氮气入口，所述燃爆室的外侧壁设置有点火器，所述复合式导流管的外侧壁设置有涡旋空气入口；
所述爆震室的内腔设置有单向截止阀，所述单向截止阀上设置有弹簧，所述弹簧之间的间隔距离不小于1.5mm；
所述燃爆室和爆震室压力差产生的先后顺序，使氮气的注入成为自动循环，既降低了系统温度、延长设备寿命，又可以消除燃爆室内未排尽的余焰，防止新输入的燃料发生未点火误燃现象，在燃爆室开始注入燃气时，由于燃爆室燃气压力高于爆震室，氮气向爆震室注入，通过在爆震室腔内的专用管路进入单向截止阀内部，冷却工作弹簧的温度，同时，通过单向截止阀上的微孔向爆震室内腔体逸散，协助排空爆震室内的燃爆气体；
当燃爆室的可燃气体被点火爆炸以后，单向截止阀打开，这时爆震室压力导致氮气向压力更低的燃爆室注入，由于爆炸温度和压力导致燃爆室氮气停止注入，通过燃爆室的燃爆气体加速向爆震室排放，而爆震室此时的压力大于燃爆室，导致注入爆震室内的单向截止阀内的氮气停止输入，直至燃爆室内部压力小于单向截止阀的恢复力，燃爆室出口被单向截止阀关闭，氮气此时由于新注入的燃气压力高于氮气输入压力和爆震室的压力，停止向燃爆室氮气供气，而向爆震室氮气供气，开始一个新的点火循环，单向截止阀是保证燃爆室关闭后实现可靠点火的关键部件。
优选的，所述爆震室是敞口型式，所以燃爆室和爆震室材料可以为2Gr13不锈钢或其它铝合金材料。
与现有技术相比，本发明提供了一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机，具备以下有益效果：
1、通过风源发动机产生一个高速风能，燃爆后的气体经过导流管以后喷射速度最高可达到1200米/秒以上。
2、燃爆用的燃料可以为甲烷、乙炔气、丙烷或其他可燃液态气体燃料。也可以是汽油、煤油等可燃液体燃料。在使用时通过由旋涡式空气泵产生的高速空气进行混合，其混合比为1:1至1：10的范围。燃料流量和空气流量在预混时通过各自输出管道上安装的流量阀进行调节，以实现不同输出风速的需要。
3、为提高燃爆效率，预混后的混合燃料在同一根管道内向燃爆室输送，而不需要设置另外的管路输送空气，进而可以简化系统结构，降低成本。
4、利用燃爆室和爆震室压力差产生的先后顺序，使氮气的注入成为自动循环，既降低了系统温度，又延长了单向阀弹簧部件的寿命，使单向阀能够满足持续工作而又不降低性能。
5、输出风能用的复合式导流管，可以有效降低出口处的流体温度，同时可以实现高速风能的连续输出及降低发动机运行时的噪声。
附图说明
图1为本发明提出的一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机的剖视图；
图2为本发明提出的一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机爆震室的剖视图；
图3为本发明提出的一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机的主视图。
图中：1、燃料喷嘴；2、燃爆室；3、点火器；4、氮气入口；5、爆震室；6、单向截止阀；7、复合式导流管；8、涡旋空气入口。
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。
一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机，包括燃爆室2、爆震室5和复合式导流管7，爆震室5的两侧分别安装有燃爆室2和复合式导流管7，燃爆室2远离爆震室5的一端设置有燃料喷嘴1，燃爆室2和爆震室5的外侧壁分别安装有氮气入口4，燃爆室2的外侧壁设置有点火器3，复合式导流管7的外侧壁设置有涡旋空气入口8，燃爆室2的外侧壁设置有点火器3，单向截止阀6上设置有弹簧，弹簧之间的间隔距离不小于1.5mm，燃爆室2和爆震室5压力差产生的先后顺序，使氮气的注入成为自动循环，既降低了系统温度、延长设备寿命，又可以消除燃爆室2内未排尽的余焰，防止新输入的燃料发生未点火误燃现象，爆震室5是敞口型式，所以燃爆室2和爆震室5材料可以为2Gr13不锈钢或其它铝合金材料。
本发明提供一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机，用来产生一股高速空气射流，作为一种低成本高速风源能量发生装置。
本发明采取的技术方案是：采用闭合式循环脉冲爆震技术，为克服现有爆震技术的不足，在一个密闭的燃爆室2内，注入经过预混加热的燃料，该燃料在进入燃爆室2时被喷嘴雾化，形成雾状可燃爆气体，经高能点火器点火，导致燃料在燃爆室2发生瞬间燃爆，燃爆后产生的高温高压爆炸气体，冲开燃爆室2出口处的单向截止阀进入爆震室5，爆炸气流经过爆震室5的出口直接进入复合式导流管7输出高速气流，形成高速风能输出。
燃爆室2的气体排放至爆震室5以后，燃爆室2压力下降，单向截止阀6复位关闭爆震室5，重新开始注入预混加热燃料，进入下一个点火循环过程，这个循环点火的频率为每秒10次至50次，随着出口风速的需求可以被改变；
为解决现有系统的不足，本发明采用了一种自恢复氮气冷却循环系统，在燃爆室2和爆震室5分别有一个氮气输入接口，在燃爆室2开始注入燃气时，由于燃爆室2燃气压力高于爆震室5，氮气向爆震室注入，通过在爆震室5腔内的专用管路进入单向截止阀6内部，冷却工作弹簧的温度，同时，通过单向截止阀6上的微孔向爆震室5内腔体逸散，协助排空爆震室5内的燃爆气体。
当燃爆室2的可燃气体被点火爆炸以后，单向截止阀6打开，这时爆震室5压力导致氮气向压力更低的燃爆室2注入，由于爆炸温度和压力导致燃爆室2氮气停止注入，通过燃爆室2的燃爆气体加速向爆震室5排放，而爆震室5此时的压力大于燃爆室2，导致注入爆震室5内的单向截止阀6内的氮气停止输入，直至燃爆室2内部压力小于单向截止阀6的恢复力，燃爆室2出口被单向截止阀6关闭，氮气此时由于新注入的燃气压力高于氮气输入压力和爆震室5的压力，停止向燃爆室2供气，而向爆震室5供气，开始一个新的点火循环，单向截止阀是保证燃爆室2关闭后实现可靠点火的关键部件。
本发明的有益效果是，通过风源发动机产生一个高速风能，燃爆后的气体经过导流管以后喷射速度最高可达到1200米/秒以上。
燃爆用的燃料可以为甲烷、乙炔气、丙烷或其他可燃液态气体燃料，也可以是汽油、煤油等可燃液体燃料，在使用时通过由旋涡式空气泵产生的高速空气进行混合，其混合比为1:1至1:10的范围，燃料流量和空气流量在预混时通过各自输出管道上安装的流量阀进行调节，以实现不同输出风速的需要；
为提高燃爆效率，预混后的混合燃料在同一根管道内向燃爆室2输送，而不需要设置另外的管路输送空气，进而可以简化系统结构，降低成本。
利用燃爆室2和爆震室5压力差产生的先后顺序，使氮气的注入成为自动循环，既降低了系统温度，又延长了单向阀弹簧部件的寿命，使单向阀能够满足持续工作而又不降低性能。
输出风能用的复合式导流管7，可以有效降低出口处的流体温度，同时可以实现风能的连续输出及降低发动机运行时的噪声。
以上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 (2)
1.一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机，其特征在于：包括燃爆室（2）、爆震室（5）和复合式导流管（7），所述爆震室（5）的两侧分别安装有燃爆室（2）和复合式导流管（7），所述燃爆室（2）远离爆震室（5）的一端设置有燃料喷嘴（1），所述燃爆室（2）和爆震室（5）的外侧壁分别安装有氮气入口（4），所述燃爆室（2）的外侧壁设置有点火器（3），所述复合式导流管（7）的外侧壁设置有涡旋空气入口（8）；
所述爆震室（5）的内腔设置有单向截止阀（6），所述单向截止阀（6）上设置有弹簧，所述弹簧之间的间隔距离不小于1.5mm；
所述燃爆室（2）和爆震室（5）压力差产生的先后顺序，使氮气的注入成为自动循环，既降低了系统温度、延长设备寿命，又可以消除燃爆室（2）内未排尽的余焰，防止新输入的燃料发生未点火误燃现象，在燃爆室（2）开始注入燃气时，由于燃爆室（2）燃气压力高于爆震室（5），氮气向爆震室注入，通过在爆震室（5）腔内的专用管路进入单向截止阀（6）内部，冷却工作弹簧的温度，同时，通过单向截止阀（6）上的微孔向爆震室（5）内腔体逸散，协助排空爆震室（5）内的燃爆气体;
当燃爆室（2）的可燃气体被点火爆炸以后，单向截止阀（6）打开，这时爆震室（5）压力导致氮气向压力更低的燃爆室（2）注入，由于爆炸温度和压力导致燃爆室（2）氮气停止注入，通过燃爆室（2）的燃爆气体加速向爆震室（5）排放，而爆震室（5）此时的压力大于燃爆室（2），导致注入爆震室（5）内的单向截止阀（6）内的氮气停止输入，直至燃爆室（2）内部压力小于单向截止阀（6）的恢复力，燃爆室（2）出口被单向截止阀（6）关闭，氮气此时由于新注入的燃气压力高于氮气输入压力和爆震室（5）的压力，停止向燃爆室（2）氮气供气，而向爆震室（5）氮气供气，开始一个新的点火循环，单向截止阀是保证燃爆室关闭后实现可靠点火的关键部件。
2.根据权利要求1所述的一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机，其特征在于，所述爆震室（5）是敞口型式，所以燃爆室（2）和爆震室（5）材料为2Gr13不锈钢或其它铝合金材料。
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