CN205779304U - 一种基于射流的脉冲爆震发动机助爆装置 - Google Patents

Abstract

一种基于射流的脉冲爆震发动机助爆装置，涉及脉冲爆震发动机。设有爆震管、点火器、射流方向控制器和射流启闭控制器，在爆震管外部设有环形腔，在点火器前方设置射流火焰稳定器，高压气体通过环形腔进气口进入环形腔，由射流火焰稳定器及射流孔射入爆震管，混合后的燃气进入爆震管后，与从射流火焰稳定器中喷出的横向射流相互作用，形成低速回流区，用于提高点火成功率；在爆震管后端设有射流孔，从射流孔中喷射出的高压气体可等效为气动障碍物，用于加速火焰和形成爆震波；所述射流方向控制器用于控制射流方向，所述射流启闭控制器用于射流孔的启闭。流阻小、排气快、射流可控、结构简单。

Description

一种基于射流的脉冲爆震发动机助爆装置

技术领域

本实用新型涉及脉冲爆震发动机，尤其是涉及一种基于射流的脉冲爆震发动机助爆装置。

背景技术

脉冲爆震发动机是一种利用周期性爆震波产生推力的非稳态新型推进系统。爆震波实际是一个激波后面紧跟一个燃烧波，以2000m/s左右的速度传播。脉冲爆震发动机结构简单，热循环效率高，以等容燃烧工作的脉冲爆震发动机的效率可达47％。另外，脉冲爆震发动机的比燃料消耗率低，比冲大，因此在无人机、导弹等方面具有很好的应用前景。

经典循环过程的脉冲爆震发动机主要包括气动阀、爆震室、尾喷管、供给装置以及控制系统。在工作时，发动机的一端喷注燃料，燃料与来流空气混合，混合气体被点燃，产生爆震波，高温高压气体从尾喷管排出，产生推力。通常来说起爆方式有两种，为直接起爆和间接起爆。直接起爆需要很高的点火能量，这类点火系统比较庞大，很难小型化、轻型化。目前比较常用的间接起爆方法是用小能量点火形成一个初始的火焰核心，初始火焰经过一段加速装置加速后最终形成爆震波。这一过程又称爆燃向爆震转捩过程(DDT)。如果点火能量较低，很难在光滑的爆震管内完成DDT或者所需的DDT距离较长，因此需要在爆震管内加入助爆装置，常用的有孔板、圆螺旋等。公开文献(脉冲爆震发动机微小型化研究)在爆震管内加入障碍物，有效促进爆燃向爆震的转捩，成功地缩短了DDT的时间，但是测量得到的净推力却很小，其原因在于障碍物会增大流动阻力。而且障碍物的存在不利于排气过程，增加排气时间，不利于脉冲爆震发动机以高频率运行。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中脉冲爆震发动机DDT的距离较长，所需的爆震管长度较长，脉冲爆震发动机的总体尺寸较大以及现有的障碍物助爆装置存在的流阻大、排气时间长等问题。提供流阻小、排气快、射流可控、结构简单的一种基于射流的脉冲爆震发动机助爆装置。

本实用新型设有爆震管、点火器、射流方向控制器和射流启闭控制器，在爆震管外部设有环形腔，在点火器前方设置射流火焰稳定器，高压气体通过环形腔进气口进入环形腔，由射流火焰稳定器及射流孔射入爆震管，混合后的燃气进入爆震管后，与从射流火焰稳定器中喷出的横向射流相互作用，形成低速回流区，用于提高点火成功率；在爆震管后端设有射流孔，从射流孔中喷射出的高压气体可等效为气动障碍物，用于加速火焰和形成爆震波；所述射流方向控制器用于控制射流方向，所述射流启闭控制器用于射流孔的启闭。

所述射流孔可设有7组，每组射流孔设有6个，6个射流孔周向等距分布。

所述射流火焰稳定器可设有6个，6个射流火焰稳定器周向等距分布。

本实用新型在脉冲爆震发动机进气阶段，从射流火焰稳定器喷射出的高压气体与高速混气相互作用，在射流火焰稳定器后方形成低速回流区。点火器在此位置点火，能够保证发动机在高频工作条件下点火成功率高。射流孔喷射出的高压气体能够在爆震管内形成极大的湍流，爆燃波经过此处时能够大幅度地加速，快速形成爆震波。爆震波形成后，控制射流不再喷出，避免影响爆震波结构，使爆震波能够自持稳定的向后传播，形成很大的推力。本实用新型结构简单，助爆效果好。

附图说明

图1为本实用新型实施例整体结构示意图。

图2为本实用新型实施例轴向剖视结构示意图。

图3为本实用新型实施例射流火焰稳定器工作原理图。

图4为本实用新型实施例射流助爆原理图。

图5为本实用新型实施例射流方向控制器结构示意图。

图6为本实用新型实施例射流启闭控制器结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例具体描述本实用新型。

参见图1～6，所述一种基于射流的脉冲爆震发动机助爆装置实施例由爆震管1、环形腔2、环形腔进气口3、射流火焰稳定器4、点火器5、射流孔6、射流加速段7、射流增强段8、射流稳定段9、射流方向控制器10、射流启闭控制器11组成。高压气体通过环形腔进气口3进入环形腔2，由射流火焰稳定器4及射流孔6射入爆震管1。混合后的燃气进入爆震管1后，与从射流火焰稳定器4中喷出的横向射流相互作用，在射流火焰稳定器4后方产生低速回流区，在回流区位置由点火器5点燃混气产生火焰。火焰沿着爆震管传播的过程中，先后经过射流加速段7、射流增强段8和射流稳定段9，并在此过程中形成稳定自持的爆震波。射流加速段7沿轴向由两组射流孔6组成，每组六个射流孔6按照环向等距分布，每个射流孔6上设有射流方向控制器10。射流增强段8沿轴向由三组射流孔6组成。射流稳定段9沿轴向由两组射流孔6组成，每个射流孔上设有射流启闭控制器11。

参照图2，在本实施例中，采用的燃料为航空煤油，氧化剂为空气，采用汽车火花塞作为点火器，点火能量为50mJ。其中爆震管1内径为20mm，全长360mm，环形腔2的外径为40mm，内径为24mm，每组射流孔6之间的距离为15mm，为0.75倍的爆震管内径，射流孔入口直径为1mm，喷出口直径为0.8mm。

以下给出本实用新型的工作原理：

在本实用新型的助爆装置中，参照图3，来流的混合燃气与射流火焰稳定器4喷出的横向射流相碰撞，导致点火器5位置的混合燃气流速降低并产生回流，点火成功率高，有利于发动机高频工作。参照图4，射流孔6喷出的射流会增大未燃区域气体的湍流度，产生许多漩涡，火焰经过时，火焰面被漩涡打乱，火焰传播速度增加，进而更快地完成爆燃向爆震转捩过程。火焰经过射流加速段7时，此时火焰传播速度较小，需要射流助爆装置产生很大的湍流度，通过射流方向控制器10可控制每个射流孔6喷出的射流方向不同，增强加速效果。火焰经过射流增强段8时已达到较高的传播速度，此处采用普通横向射流，在加速火焰的同时减少对火焰结构的破坏。同时，在射流增强段8可设置一系列传感器，检测爆震波是否形成。若检测到爆震波以及形成，可控制射流稳定段9的射流启闭控制器11，使射流孔6关闭，避免破坏爆震波结构；反之，可控制射流孔6开启，继续促进爆震波产生。

对本实施例进行初步原理性验证，采用11组分23步H2/air基元反应，以及AMR网格的N-S方程反应流程序来模拟射流加速DDT过程，光滑管内DDT时间为0.661ms，采用0.5mm狭缝射流腔驻涡形式得到DDT时间为0.47ms，表明狭缝横向射流具有加速DDT的效果。射流产生的漩涡不断卷吸火焰前端的燃气，加速了火焰的皱褶，来流不断压缩涡中心，最终在涡的附近形成爆震热点，最终形成爆震波。

本实用新型的基于射流的助爆装置可以用于多种脉冲爆震发动机，是一种非常有应用前景的装置。

Claims (3)

1.一种基于射流的脉冲爆震发动机助爆装置，其特征在于设有爆震管、点火器、射流方向控制器和射流启闭控制器，在爆震管外部设有环形腔，在点火器前方设置射流火焰稳定器，高压气体通过环形腔进气口进入环形腔，由射流火焰稳定器及射流孔射入爆震管，混合后的燃气进入爆震管后，与从射流火焰稳定器中喷出的横向射流相互作用，形成低速回流区，用于提高点火成功率；在爆震管后端设有射流孔，从射流孔中喷射出的高压气体可等效为气动障碍物，用于加速火焰和形成爆震波；所述射流方向控制器用于控制射流方向，所述射流启闭控制器用于射流孔的启闭。

2.如权利要求1所述一种基于射流的脉冲爆震发动机助爆装置，其特征在于所述射流孔设有7组，每组射流孔设有6个，6个射流孔周向等距分布。

3.如权利要求1所述一种基于射流的脉冲爆震发动机助爆装置，其特征在于所述射流火焰稳定器设有6个，6个射流火焰稳定器周向等距分布。