CN201858046U - 一种二次爆震的脉冲爆震发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二次爆震的脉冲爆震发动机，预爆管头部设有氧化剂和隔离气体入口，火花塞安装在预爆管头部的管壁上，预爆管内设有螺纹增强装置；主爆震室头部是一个两端敞口的环形结构的引射器，引射器内侧固连一个收敛喷管，收敛喷管的收敛段中心处开有圆孔连接预爆管，主爆震形成室前端是一个圆形唇口段，后端是一个直圆管段，圆形唇口段内侧设有喷嘴，直圆管段内设有螺纹增强装置，环形引射器的外侧与主爆震形成室前端的圆形唇口段的敞口端固连，环形引射器的内侧与预爆管连接，圆形唇口段的收口端与直圆管段固连，直圆管段与收敛喷管固连。本实用新型有利于爆震的成功转变，进而产生更大的推力，提高发动机的性能。

Description

一种二次爆震的脉冲爆震发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其是一种脉冲爆震发动机。

背景技术

脉冲爆震发动机是一种利用脉冲爆震波产生推力的新概念发动机。它具有热循环效率高，结构简单、重量轻、推重比大、单位燃料消耗率低等优点。脉冲爆震发动机根据氧化剂供给方式的不同，分为自吸气式和火箭式两种结构形式。它们的基本原理是相同的，区别在于吸气式脉冲爆震发动机从空气中获得氧化剂，而火箭式脉冲爆震发动机需自带氧化剂。吸气式脉冲爆震发动机与火箭式脉冲爆震发动机相比有很多优点：不用自带氧化剂，可以从大气中获得氧气，这可以使其应用于航空领域，具有更宽的应用范围；可以减轻发动机的总重量，有利于发动机总推重比的提高。尽管吸气式脉冲爆震发动机有诸多优点，但其氧化剂要从大气中获得，实际应用中，由于工作环境特别复杂，氧化剂很难控制。

2004年，法国装备部支持了一项无阀吸气式脉冲爆震发动机的研究，预爆管内充满氢气和氧气，采用汽车火花塞点火。但是，需要在预爆管与主爆震室之间连接一个过渡段，并且预爆管内填充的氢气/氧气混合物也必须完全填充满过渡段，才可能实现主爆震室的二次爆震。

脉冲爆震发动机后面安装的引射器不仅可以用来引射空气，也是一种增加推力的装置。带有引射器的脉冲爆震火箭发动机可以通过二次爆震来达到自吸气目的。此时，预爆管为PDRE，主爆震室为引射器，爆震波从PDRE出口传出进入引射器时将周围空气也吸入引射器，同时在引射器的内部喷注燃油，爆震波将燃油/空气混合物点燃起爆，使得可以在引射器内继续进行爆震燃烧，从而产生比预爆管大得多的推力。但是，在引射器里燃烧，并且实现爆燃到爆震的成功转变仍是一个难题。

发明内容

为了克服现有技术不能完成脉冲爆震发动机主爆震室(引射器)里爆震的转变的不足，本发明提供了一种二次爆震的脉冲爆震发动机，设计了主爆震室的头部，并在后端安装了收敛喷管，以实现主爆震室内爆震的成功转变，使其不需要依靠飞行速度，仅依靠预爆管排出的高温高压产物，就可以引射出大量的空气，既可以减小脉冲爆震发动机的总重量，也可以增加脉冲爆震发动机的推力，大大提高了脉冲爆震发动机的性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括预爆管和主爆震室。其中，预爆管包括头部、爆震形成段和爆震传播段，预爆管头部是一端封闭，一端开口的等截面圆管，封闭端内安装有喷油嘴；爆震形成段是两端开口的等截面圆管，两端分别与预爆管头部的敞口端和爆震传播段的一端连接；爆震传播段是两端开口的等截面圆管。预爆管头部封闭端外壁上设有氧化剂和隔离气体入口。火花塞安装在预爆管头部的管壁上，其安装位置中心与预爆管头部封闭端的距离是预爆管内径的1.5～2倍。爆震形成段内设有Shchelkin螺纹增强装置，用于实现爆燃向爆震的转变，Shchelkin螺纹的螺距为预爆管内径的0.8～1.5倍，螺旋直径为预爆管内径的0.1～0.2倍，螺旋升角为30～50度。所述的预爆管头部、爆震形成段和爆震传播段内径相同且同轴连接。

主爆震室由头部、主爆震形成室和一个圆锥形收敛喷管组成。主爆震室头部是一个两端敞口的环形结构的引射器，引射器内侧固连一个收敛喷管，收敛喷管的收敛段中心处开有一个孔径与预爆管内径相同的圆孔，用于连接预爆管并使其穿过；主爆震形成室前端是一个圆形唇口段，后端是一个直圆管段，直圆管段长度是圆形唇口段长度的2.5～5倍。圆形唇口段内侧安装有若干个喷嘴安装座，安装座上设有喷嘴，用于向主爆震室内喷注燃油，供油系统通过输油管与喷嘴连接。直圆管段内设有Shchelkin螺纹增强装置，用于缩短爆燃向爆震转变的时间。环形引射器的外侧与主爆震形成室前端的圆形唇口段的敞口端固连，环形引射器内侧固连的收敛喷管与预爆管固连，圆形唇口段的收口端与直圆管段固连，直圆管段与收敛喷管固连。主爆震室头部、主爆震形成室和收敛喷管同轴连接。预爆管的末端出口位于主爆震室喷嘴的下游，预爆管和主爆震室同轴连接。

主爆震室还可以采用扩张型引射器进口结构作为主爆震室头部，采用等截面圆管作为主爆震形成室，所述扩张型引射器采用扩张型喷管结构，引射器后端与主爆震形成室前端固接，引射器前端中心处开有一个圆孔，孔径与预爆管内径相同，圆孔与预爆管连接。扩张型引射器上开有若干个小孔，用来引射空气。

所述的预爆管的头部与爆震形成段通过法兰连接在一起，爆震形成段与传播段焊接在一起。

所述的环形引射器的外侧与主爆震形成室前端的圆形唇口段焊接在一起，环形引射器内侧固连的收敛喷管与预爆管通过螺纹连接在一起，圆形唇口段与直圆管段通过法兰连接在一起，直圆管段与收敛喷管也通过法兰连接在一起。

本发明的有益效果是：利用预爆管排出的高温高压产物，可以有效地将外界新鲜空气引射到主爆震室内；主爆震室的头部结构和后端的收敛喷管可以提高主爆震形成室内的压力，有利于爆震的成功转变，进而产生更大的推力，提高发动机的性能。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1.本发明中二次爆震的脉冲爆震发动机的整体结构图

图2.本发明中二次爆震发动机上游预爆管的结构图

图3.本发明中主爆震室头部采用环形引射器结构的示意图

图4.本发明中主爆震室头部采用孔状进口结构的示意图

图5.本发明中孔状结构前端的放大图

图6.本发明中主爆震室头部采用开有若干孔的扩张型引射器结构的示意图

图中：1预爆管燃料入口，2预爆管氧化剂入口，3预爆管隔离气体入口，4喷油嘴，5火花塞，6连接法兰，7预爆管头部，8爆震形成段，9爆震增强装置，10爆震传播段，11主爆震室引射空气入口，12主爆震室燃料入口，13主爆震室头部，14主爆震形成室，14-1主爆震形成室圆形唇口段，14-2主爆震形成室直圆管段，15收敛喷管。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，所述的是一种二次爆震的脉冲爆震发动机，包括有预爆管头部7、预爆管爆震形成段8、预爆管爆震传播段10、主爆震室头部13、主爆震形成室14和圆锥形收敛喷管15。其特点在于，所述的预爆管头部7封闭端管壁上设有氧化剂入口2和隔离气体入口3，填充隔离气体是为了防止发生过早点火，氧化剂和隔离气体通过氧化剂入口2和隔离气体入口3进入预爆管头部7，火花塞5安装在预爆管头部7的管壁上，预爆管头部7前端中心处设有喷油嘴4，爆震形成段8内壁上设有用于增强爆燃向爆震转变的装置9。

如图2所示，预爆管头部7通过法兰6与爆震形成段8前端相连，爆震形成段8后端与爆震传播段10焊接在一起，预爆管头部7、爆震形成段8和爆震传播段10同轴固定安装。所述的火花塞5安装位置中心与预爆管头部7前端边沿的距离是预爆管内径的1.5～2倍。所述的用于增强爆震的装置9为Shchelkin螺纹，其螺距为预爆管内径的1～1.5倍，螺旋直径为预爆管内径的0.1～0.2倍，螺旋升角为30～50度。

如图3所示，所述的主爆震室头部13是一个环形结构的引射器，引射器内侧固连一个收敛喷管，主爆震形成室14前端是一个圆形唇口段14-1，后端是一个直圆管段14-2。圆形唇口段14-1内侧安装有四个喷嘴安装座，喷嘴安装座上设有喷嘴，用于向主爆震形成室14内喷注燃油，喷嘴安装座穿过主爆震室壁面，外部由输油圈管路连接在一起，直圆管段14-2设有用于爆燃向爆震转变的Shchelkin螺纹增强装置9。环形引射器的外侧13与主爆震形成室前端的圆形唇口段14-1焊接在一起，环形引射器内侧13的收敛喷管与预爆管10通过螺纹连接在一起，圆形唇口段14-1与直圆管段14-2通过法兰连接在一起，直圆管段14-2与收敛喷管15也通过法兰连接在一起。主爆震室头部13、主爆震形成室14和收敛喷管15同轴连接。预爆管的末端出口位于主爆震室喷嘴安装座的下游，预爆管和主爆震室同轴连接。

所述的一种二次爆震的脉冲爆震发动机，其工作时，燃油经燃料进口1，通过喷油嘴4喷入预爆管头部7，与此同时氧化剂经氧化剂入口2进入预爆管头部7，燃料和氧化剂掺混之后，火花塞5开始点火。燃料混合物先进行缓燃燃烧，然后在爆震形成段8中发生爆燃向爆震转变过程，最终形成爆震波。爆震波经由预爆管传播段10传出。

预爆管中高温高压产物排出末端出口时，利用环形引射器13，会将周围大量的新鲜空气吸入到主爆震室头部13，空气通过引射空气入口11进入到主爆震室头部13。燃油通过主爆震室的四个燃料入口12进入到主爆震形成室圆形唇口段14-1，与引射进来的空气一边掺混，一边进入到主爆震形成室直圆管段14-2。通过预爆管排出的高温高压气体将混合物点燃，经过爆震增强装置9，在主爆震形成室直圆管段14-2内再次形成爆震，从而产生很大的推力，大大的提高了发动机的性能。

实施例2

如图4所示，与实施例1不同的是，主爆震室头部的环形引射器进口结构换成了孔状进口结构。该孔状进口结构是一个薄壁圆板，与主爆震形成室前端焊接在一起，用以提高主爆震形成室内的压力，薄壁圆板上开有若干个小孔，用于引射空气。这样做考虑到了主爆震形成室内爆震的成功转变，同时也考虑到主爆震室加工的难度问题。但是，由于主爆震室头部入口处可能会有回火现象，影响引射的空气量，所以实例2的性能可能不如实例1的。

实施例3

如图6所示，与实施例1不同的是，主爆震室头部的环形引射器进口结构换成了扩张型引射器进口结构。该扩张型引射器是一种类似于扩张型喷管结构的装置，引射器后端与主爆震形成室焊接在一起，焊接处完全密封，用于提高主爆震形成室内的压力，有利于实现爆燃到爆震的成功转变。引射器前端中心处开有一个圆孔，以便预爆管穿过引射器，孔径与预爆管内径相同。扩张型引射器上开有若干个孔，用来引射空气。主爆震形成室仅由一个直圆管段组成，将喷嘴安装座安装在直圆管段的前端。预爆管的末端出口位于主爆震室内喷嘴的下游，以便主爆震室内空气和燃料的充分混合。预爆管、扩张型引射器和主爆震室同轴连接。

实施例1中主爆震室头部采用环形引射器结构。

实施例2中主爆震室头部采用孔状进口结构。

实施例3中主爆震室头部采用扩张型引射器结构。

Claims (4)

1.一种二次爆震的脉冲爆震发动机，包括预爆管和主爆震室，其特征在于：预爆管包括头部、爆震形成段和爆震传播段，预爆管头部是一端封闭，一端开口的等截面圆管，封闭端内安装有喷油嘴；爆震形成段是两端开口的等截面圆管，两端分别与预爆管头部的敞口端和爆震传播段的一端连接；爆震传播段是两端开口的等截面圆管；预爆管头部封闭端外壁上设有氧化剂和隔离气体入口，火花塞安装在预爆管头部的管壁上，其安装位置中心与预爆管头部封闭端的距离是预爆管内径的1.5～2倍；爆震形成段内设有Shchelkin螺纹增强装置，用于实现爆燃向爆震的转变，Shchelkin螺纹的螺距为预爆管内径的0.8～1.5倍，螺旋直径为预爆管内径的0.1～0.2倍，螺旋升角为30～50度；所述的预爆管头部、爆震形成段和爆震传播段内径相同且同轴连接；主爆震室由头部、主爆震形成室和一个圆锥形收敛喷管组成，主爆震室头部是一个两端敞口的环形结构的引射器，引射器内侧固连一个收敛喷管，收敛喷管的收敛段中心处开有一个孔径与预爆管内径相同的圆孔，用于连接预爆管并使其穿过；主爆震形成室前端是一个圆形唇口段，后端是一个直圆管段，直圆管段长度是圆形唇口段长度的2.5～5倍，圆形唇口段内侧安装有若干个喷嘴安装座，安装座上设有喷嘴，供油系统通过输油管与喷嘴连接，直圆管段内设有Shchelkin螺纹增强装置，环形引射器的外侧与主爆震形成室前端的圆形唇口段的敞口端固连，环形引射器的内侧与预爆管连接，圆形唇口段的收口端与直圆管段固连，直圆管段与收敛喷管固连；主爆震室头部、主爆震形成室和收敛喷管同轴连接，预爆管的末端出口位于主爆震室喷嘴的下游，预爆管和主爆震室同轴连接。

2.根据权利要求1所述的二次爆震的脉冲爆震发动机，其特征在于：所述的主爆震室头部采用扩张型引射器进口结构，主爆震形成室采用等截面圆管，所述扩张型引射器采用扩张型喷管结构，引射器后端与主爆震形成室前端固接，引射器前端中心处开有一个圆孔，孔径与预爆管内径相同，圆孔与预爆管连接，扩张型引射器上开有若干个小孔。

3.根据权利要求1所述的二次爆震的脉冲爆震发动机，其特征在于：所述的预爆管的头部与爆震形成段通过法兰连接在一起，爆震形成段与传播段焊接在一起。

4.根据权利要求1所述的二次爆震的脉冲爆震发动机，其特征在于：所述的环形引射器的外侧与主爆震形成室前端的圆形唇口段焊接在一起，环形引射器的内侧与预爆管通过螺纹连接在一起，圆形唇口段与直圆管段通过法兰连接在一起，直圆管段与收敛喷管也通过法兰连接在一起。

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