CN115234940A - 一种可调环腔的旋转爆震燃烧室 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种可调环腔的旋转爆震燃烧室，属于爆震燃烧室的技术领域，具体包括燃烧室外壳、燃烧室内环和前支撑板，燃烧室外壳和燃烧室内环安装在前支撑板上，燃烧室外壳环绕于燃烧室内环外周，燃烧室外壳和燃烧室内环之间设有若干转动的扇叶，扇叶沿燃烧室外壳周向分布，扇叶与燃烧室外壳之间形成进气腔，前支撑板上设有对应进气腔的进气通道，扇叶与燃烧室内环之间形成燃烧室腔，旋转爆震燃烧室还包括调节组件，调节组件控制扇叶的转动改变扇叶之间的间隙。通过本申请的处理方案，使发动机在不同工况下，或在工作过程中进气量出现改变时，通过调整环腔可使燃烧室内的流量密度趋于一个合理的稳定值，并且能促使燃油和进气充分的掺混。

Description

一种可调环腔的旋转爆震燃烧室

技术领域

本申请涉及爆震燃烧室的领域，尤其是涉及一种可调环腔的旋转爆震燃烧室。

背景技术

航空航天领域竞争越来越激烈，对于空天领域关键革新技术的研究越来越引起各个国家的重视。近年来，伴随着对高超音速飞行器及单级入轨动力系统的研究的不断深入，新型连续旋转爆震发动机技术得到了快速的发展。研究表明，基于爆震燃烧的推进技术能够极大的减低燃油消耗，大幅度提高动力装置的比冲特性，对拓宽吸气式飞行器工作包线、提升现有武器装备经济性和作战性能具有重要的意义。作为一种可以弯道超车的领先技术，对其全面深入的研究显得更加的迫切。

连续旋转爆震发动机是一种利用爆震燃烧的动力技术，总结其特点及优势在于：(1)只需要一次成功起爆，爆震波即可沿燃烧室圆周方向连续传播；(2)燃烧速率快，放热强度大，燃烧室结构紧凑，可以缩短发动机长度；(3)具有增压特性，可以减少涡轮发动机压气机级数或降低冲压发动机进气道总压损失，有利于简化推进系统设计，提高发动机推重比；(4)可用吸气式模态或火箭式模态工作，工作范围可从亚声速到高马赫数的超声速变化。因此，连续旋转爆震发动机的研究逐渐引起了科技界的广泛关注。其中爆震燃烧室是爆震研究的重点对象。为了能够实现工程化，对其喷注形式进行了大量的研究，目前较多采用轴向进给燃料、氧化剂的形式，但是其掺混效果一般，多次试验过后也未见有明显提升，因此目前的研发思路已经向径向进给燃料和氧化剂的方向进行。同时也对其燃烧室高温涂层研究、气膜冷却研究、水冷研究都进行了大量的验证工作。但是不论是气膜冷却还是水冷却，都需要额外的增加冷却介质和管路及其附件，与前沿技术要求的发动机紧凑布置和轻量化设计相违背。

现有技术的爆震燃烧室存在以下几点缺点：1、不带稳压腔，随着喷注过程的进行，压力会有部分的下降，压力不能保持，造成实际混合当量比不准确，稳定性差，产生的推力不稳定；2、当前燃料接口只是一个连接的作用，燃料单纯靠压力压注，燃料接口只起到连通外接燃料箱和燃料腔的作用，不再具备其他的助流作用；3、随着发动机高度及速度的变化，进气量会发生变化，即使在调整进油量来调整混合比当量，爆震波也会存在波动，使推力发生变化；4、燃烧室不可变，即使是需要细微的改变也需要新制作并进行整机拆卸、装机，周期性较长。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种可调环腔的旋转爆震燃烧室，解决了现有技术中燃烧室不可变，即使是需要细微的改变也需要新制作并进行整机拆卸、装机，周期性较长的问题，使发动机在不同工况下，或在工作过程中进气量出现改变，也可使燃烧室内的流量密度趋于一个合理的稳定值，并且能促使燃油和进气充分的掺混。

本申请提供的一种可调环腔的旋转爆震燃烧室采用如下的技术方案：

一种可调环腔的旋转爆震燃烧室，包括燃烧室外壳、燃烧室内环和前支撑板，所述燃烧室外壳和燃烧室内环安装在前支撑板上，所述燃烧室外壳环绕于所述燃烧室内环外周，所述燃烧室外壳和燃烧室内环之间设有若干转动的扇叶，若干所述扇叶沿燃烧室外壳周向分布，所述扇叶与所述燃烧室外壳之间形成进气腔，所述前支撑板上设有对应所述进气腔的进气通道，所述扇叶与所述燃烧室内环之间形成燃烧室腔，所述旋转爆震燃烧室还包括调节组件，所述调节组件控制所述扇叶的转动，以改变周向相邻的所述扇叶之间的间隙。

可选的，所述前支撑板内设有主进油通道和若干连通所述主进油通道的分支进油通道，所述扇叶内设有输油通道，每个所述输油通道对应连通一个所述分支进油通道，所述扇叶朝向所述燃烧室内环的一侧表面设有与所述输油通道连通的喷注口。

可选的，所述可调环腔的旋转爆震燃烧室还包括后支撑环，所述燃烧室外壳的一端安装在所述前支撑板上，所述后支撑环连接所述燃烧室外壳的另一端，所述扇叶一端转动的安装在所述前支撑板上，所述扇叶的另一端与所述后支撑环转动连接。

可选的，所述前支撑板上有伸入扇叶端面的销轴，所述销轴与所述扇叶转动连接，所述分支进油通道经过所述销轴内部与所述输油通道连通。

可选的，所述后支撑环包括环形圈和若干对应每个扇叶转轴的凸出部，所述环形圈与所述燃烧室外壳固定连接，所述凸出部与所述扇叶转动连接，且所述相邻凸出部之间的间隙与所述进气腔连通。

可选的，所述调节组件包括与所述燃烧室内环同轴的调整环和所述扇叶背对所述前支撑板内环的端面上设置的渐变限制槽，所述调整环设置于所述扇叶背对前支撑板内环的一端，所述调整环上设有伸入所述渐变限制槽的拨杆，转动所述调整环，所述拨杆在所述渐变限制槽中滑移带动所述扇叶绕所述扇叶的转轴转动。

可选的，所述扇叶朝向所述燃烧室内环的型面为圆弧面，若干所述扇叶的圆弧面同心时，周向相邻的两所述扇叶相互抵接。

可选的，所述扇叶的转轴轴心靠近所述扇叶长度方向的任一侧边设置。

综上所述，本申请包括以下有益技术效果：

1、进气量发生变化时可通过旋转转动调整环，来改变燃烧室环腔，确保燃烧室内进气量保持在一个相对稳定的状态，使的氧化剂和还原剂的流量密度趋于稳定，从而使爆震波保持稳定，通过调整燃烧室可调环腔，可及时改变爆震波的能量，来使发动机的推力适应不同工况下的推力需求；

2、整圈燃烧室可调扇叶的结构，使爆震波只能顺着扇叶片方向传导，实现单向爆震；

3、燃烧室外壳与燃烧室可调扇叶间构成的进气腔外航道在多余的气体排出时可带走一部分燃烧室的热量，使燃烧室温度降低，起到了自冷却的作用，进气腔外航道的自冷作用，使的燃烧室温度降低，同时促使燃料燃烧的更加充分，及增加了燃烧室的使用寿命与长时间点火时长；

4、燃油通过喷油嘴进行径向喷注，与通过相邻两扇片间隙旋向进来的气体，可使其充分的掺混均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请可调环腔的旋转爆震燃烧室的整体结构示意图；

图2为本申请可调环腔的旋转爆震燃烧室剖面视图；

图3为本申请可调环腔的旋转爆震燃烧室另一视角的整体结构示意图；

图4为本申请前支撑板与扇叶的连接结构示意图；

图5为本申请后支撑环和扇叶的连接结构示意图；

图6为本申请扇叶的结构示意图；

图7为本申请去掉燃烧室外壳的旋转爆震燃烧室结构示意图。

附图标记说明：1、前支撑板外环；2、前支撑板内环；3、扇叶；4、燃烧室外壳；5、后支撑环；6、调整环；7、燃烧室内环；8、进气腔；9、燃烧室腔；10、喷注口；11、主进油通道；12、分支进油通道；13、输油通道；14、分支管；15、销轴；16、凸出部；17、渐变限制槽；18、圆形凹槽；19、环形圈；20、进气通道。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本申请实施例提供一种可调环腔的旋转爆震燃烧室。

如图1-图3所示，一种可调环腔的旋转爆震燃烧室，包括燃烧室外壳4、燃烧室内环7和前支撑板，所述燃烧室内环7安装在前支撑板上，所述燃烧室外壳4环绕于燃烧室内环7外周，所述燃烧室外壳4安装在前支撑板上，所述燃烧室外壳4和燃烧室内环7之间设有若干转动的扇叶3，若干所述扇叶3沿燃烧室外壳4周向分布，所述扇叶3与所述燃烧室外壳4之间形成进气腔8，所述前支撑板上设有对应所述进气腔8的进气通道20，所述扇叶3与所述燃烧室内环7之间形成燃烧室腔9，所述可调环腔的旋转爆震燃烧室还包括调节组件，所述调节组件控制所述扇叶3的转动，以改变周向相邻的所述扇叶3之间的间隙。

具体的，前支撑板包括前支撑板外环1和前支撑板内环2，所述燃烧室内环7安装在前支撑板内环2上，所述燃烧室外壳4安装在前支撑板外环1上。所述扇叶3朝向所述燃烧室内环7的型面为圆弧面，若干所述扇叶3的圆弧面同心时，周向相邻的两所述扇叶3相互抵接。

燃油进入燃烧室腔9的同时，气流通过前支撑板上的进气通道20进入到进气腔8，通过调节组件转动扇叶3，使相邻的所述扇叶3之间的存在间隙，气流通过扇叶3之间的间隙进入燃烧室腔9内，与喷注出的燃油进行良好的掺混到一起。在此同时点火装置工作，使燃烧室内形成连续的旋转的爆震波。通过调整扇叶3之间的间隙可改变燃烧室内的氧化剂和还原剂的流量密度使发动机在不同工况下，来即时获得适用于不同工况下的不同推力；或在工作过程中进气量出现改变，也可使燃烧室内的氧化剂和还原剂的流量密度趋于一个合理的稳定值，并且能促使燃油和进气充分的掺混。

完成燃烧工作状态后，先停止供给燃油，外接燃油管路的惰性气体气嘴电磁阀通电开始工作，气体吹扫燃料腔，将多余的燃油扫除干净，高压气体将残余燃料从燃烧室尾部喷口喷出，对燃烧室壁面进行短暂冷却降温，一个完整的工作循环结束。

如图3和图4所示，所述前支撑板内设有主进油通道11和若干连通所述主进油通道11的分支进油通道12，所述扇叶3内设有输油通道13，每个所述输油通道13对应连通一个所述分支进油通道12，所述扇叶3朝向所述燃烧室内环7的一侧表面设有与所述输油通道13连通的喷注口10。

具体的，主进油通道11以环形的方式分布于前支撑板外环1内，并且外接进油嘴，前支撑板内环2与前支撑板外环1通过分支管14固定连接，分支进油通道12经过分支管14与主进油通道11连通，分支管14之间的间隙作为进气通道20。扇叶3上的输油通道13位于扇叶3靠进前支撑板的一端，且扇叶3靠近前支撑板一端设置开口，开口与分支进油通道12连通。燃油进入到主进油通道11后，在压力的作用下经过分支进油通道12进入输油通道13，通过燃烧室可调扇叶3上的喷注口10以径向360°向燃烧室注入。而且，燃油通过喷油嘴进行径向喷注，与通过相邻两扇片间隙旋向进来的气体，可使其充分的掺混均匀。

所述前支撑板上有伸入扇叶3端面的销轴15，所述销轴15与所述扇叶3转动连接，所述分支进油通道12经过所述销轴15内部与所述输油通道13连通，即，扇叶3的开口与销轴15转动连接，扇叶3端面上的开口既作为进油口也是转动连接点。

如图5-图7所示，所述后支撑环5包括环形圈19和若干对应每个扇叶3转轴的凸出部16，所述环形圈19与所述燃烧室外壳4固定连接，所述凸出部16与所述扇叶3转动连接，且所述相邻凸出部16之间的间隙与所述进气腔8连通，凸出部16具体的包括朝向扇叶3端面延伸的圆杆(圆杆在图中未示出)，扇叶3对应端面设有与圆杆转动的圆形凹槽18。

进入进气腔8外航道多余的气体，可以从进气腔8外航道靠近后支撑环5的一端的凸出部16之间的间隙排出，以将燃烧室的热量带走一部分，从而降低了燃烧室的温度，起到了自冷却的作用，提高了燃烧室的使用寿命并延长了连续工作时长。进气腔8外航道的自冷作用，使得燃烧室温度降低，同时促使燃料燃烧的更加充分，及增加了燃烧室的使用寿命与长时间点火时长。

所述扇叶3的转轴轴心靠近所述扇叶3长度方向的任一侧边设置。且每个扇叶3的转轴轴心均在同向的一侧，这样的设置使得扇叶3在旋转后，扇叶3形成单向的导流作用，使爆震波只能顺着扇叶3片方向传导，形成单向爆震。

所述调节组件包括与所述燃烧室内环7同轴的调整环6和所述扇叶3背对所述前支撑板内环2的端面上设置的渐变限制槽17，所述调整环6设置于所述扇叶3背对前支撑板内环2的一端，所述调整环6上设有伸入所述渐变限制槽17的拨杆(拨杆在图中未示出)，转动所述调整环6，所述拨杆在所述渐变限制槽17中滑移带动所述扇叶3绕所述扇叶3的转轴转动。具体的，渐变限制槽17从扇叶3的转轴开始向远离燃烧室内环7轴心的一侧延伸，调整环6转动时，拨杆转动，拨杆在渐变限制槽17中滑移，使渐变限制槽17绕扇叶3的转轴朝向或远离燃烧室内环7轴心的一侧偏移，从而带动扇叶3转动，调节扇叶3之间的间隙。其中，需要说明的是，本申请公开的是燃烧室，具体的保证调整环6的可以稳定转动的方式以及转动驱动方式，可以根据设备的实际结构确定，本实施例不进行赘述。

本申请将燃烧室设计成可调环腔，代替传统的固定腔燃烧室思路，在工作过程中因压力的变化，造成喷注到燃烧室内的氧化剂和还原剂的混合当量比发生变化时，通过调整燃烧室可调环腔来改变燃烧室相对掺混量，从而保证流量密度始终能保持在一个理想范围内，从而保证了爆震波的持续稳定性；可调环腔结构可以实现快速的将燃烧室进行调节到需要状态，与不可调的燃烧室相比，方便快捷，不需要进行反复的拆装；用多余气体流过进气腔8外航道带走燃烧室热量的方式对燃烧室进行自冷却，实现了爆震燃烧室长时间爆震状态的稳定工作，解决了替代材料未应用前的长时间可靠正常工作的情况。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种可调环腔的旋转爆震燃烧室，其特征在于，包括燃烧室外壳、燃烧室内环和前支撑板，所述燃烧室外壳和燃烧室内环安装在前支撑板上，所述燃烧室外壳环绕于所述燃烧室内环外周，所述燃烧室外壳和燃烧室内环之间设有若干转动的扇叶，若干所述扇叶沿燃烧室外壳周向分布，所述扇叶与所述燃烧室外壳之间形成进气腔，所述前支撑板上设有对应所述进气腔的进气通道，所述扇叶与所述燃烧室内环之间形成燃烧室腔，所述旋转爆震燃烧室还包括调节组件，所述调节组件控制所述扇叶的转动，以改变周向相邻的所述扇叶之间的间隙。

2.根据权利要求1所述的可调环腔的旋转爆震燃烧室，其特征在于，所述前支撑板内设有主进油通道和若干连通所述主进油通道的分支进油通道，所述扇叶内设有输油通道，每个所述输油通道对应连通一个所述分支进油通道，所述扇叶朝向所述燃烧室内环的一侧表面设有与所述输油通道连通的喷注口。

3.根据权利要求2所述的可调环腔的旋转爆震燃烧室，其特征在于，所述可调环腔的旋转爆震燃烧室还包括后支撑环，所述燃烧室外壳的一端安装在所述前支撑板上，所述后支撑环连接所述燃烧室外壳的另一端，所述扇叶一端转动的安装在所述前支撑板上，所述扇叶的另一端与所述后支撑环转动连接。

4.根据权利要求3所述的可调环腔的旋转爆震燃烧室，其特征在于，所述前支撑板上有伸入扇叶端面的销轴，所述销轴与所述扇叶转动连接，所述分支进油通道经过所述销轴内部与所述输油通道连通。

5.根据权利要求3所述的可调环腔的旋转爆震燃烧室，其特征在于，所述后支撑环包括环形圈和若干对应每个扇叶转轴的凸出部，所述环形圈与所述燃烧室外壳固定连接，所述凸出部与所述扇叶转动连接，且所述相邻凸出部之间的间隙与所述进气腔连通。

6.根据权利要求3所述的可调环腔的旋转爆震燃烧室，其特征在于，所述调节组件包括与所述燃烧室内环同轴的调整环和所述扇叶背对所述前支撑板内环的端面上设置的渐变限制槽，所述调整环设置于所述扇叶背对前支撑板内环的一端，所述调整环上设有伸入所述渐变限制槽的拨杆，转动所述调整环，所述拨杆在所述渐变限制槽中滑移带动所述扇叶绕所述扇叶的转轴转动。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的可调环腔的旋转爆震燃烧室，其特征在于，所述扇叶朝向所述燃烧室内环的型面为圆弧面，若干所述扇叶的圆弧面同心时，周向相邻的两所述扇叶相互抵接。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的可调环腔的旋转爆震燃烧室，其特征在于，所述扇叶的转轴轴心靠近所述扇叶长度方向的任一侧边设置。

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