CN207598358U - 内燃波转子低温等离子点火系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及内燃波转子低温等离子点火系统，包括内燃波转子、等离子室和高压电源，内燃波转子包括进口密封盘、波转子通道、出口密封盘和转轴，波转子通道由转轴驱动旋转，出口密封盘上设有等离子室安装孔，用于固定安装所述等离子室；等离子室包括负极套筒、正极套筒和外环陶瓷，正极套筒和负极套筒分别通过导线与高压电源的正、负极连接，外环陶瓷设置在负极套筒与正极套筒之间，用以实现负极套筒与正极套筒之间的绝缘和固定，在正极套筒的靠近内燃波转子的一端附近径向向外设置有放电尖端，放电尖端与负极套筒的内壁之间具有间隙δ。

Description

内燃波转子低温等离子点火系统

技术领域

本申请涉及一种内燃波转子低温等离子点火系统，属于航空发动机点火及非定常燃烧技术领域。

背景技术

内燃波转子是一种新型的非定常燃烧装置，在提高推进系统总体性能方面具有潜在优势，已被美国国防预研局(DARPA)确定为满足“安静超声速空中平台(QSP)”降低超声速巡航飞行油耗的有效途径之一，因此近年来获得了国内外学者的广泛研究。

在内燃波转子的工作过程中，一方面，由于一系列波转子通道顺序工作，要求点火系统具有足够高的工作频率；另一方面，为实现波转子通道内的快速燃烧，又要求点火系统具有较高的点火能量，而传统的点火系统满足不了上述需求。

为了满足内燃波转子点火频率高、点火能量大的需求，提出了一种用于内燃波转子点火的连续热射流点火装置，其为基于旋流掺混和气态燃料持续燃烧的热射流发生装置，提供了高的点火能量，有利于促进火焰快速传播，并解决了电嘴点火和现有的间歇工作的热射流装置工作频率低的问题。

但是，试验研究发现这种连续热射流点火装置存在以下几方面问题：首先，内燃波转子通道内的高温高压燃气会沿出口密封盘上的射流端口发生泄漏，严重影响内燃波转子的工作性能；其次，在点火过程中，热射流进入内燃波转子通道产生射流冲击波，对内燃波转子通道内的波系发展产生了不可预知的影响；再次，内燃波转子通道内的高温高压燃气的流动会对热射流的稳定性产生不可忽略的影响，甚至会阻碍热射流进入内燃波转子通道。

为了解决上述问题，本申请提出了一种内燃波转子低温等离子点火系统，该系统采用电极在等离子室内形成电弧，同时结合等离子室内驻留的高温燃气，实现内燃波转子的点火过程。由于该点火系统不需要额外的工作介质，避免了额外介质对内燃波转子通道内波系发展过程的影响，同时也避免了内燃波转子通道内的高温高压燃气沿额外介质通道的泄漏，并且该点火系统本身不受内燃波转子工作过程的影响。

实用新型内容

本申请所要解决的技术问题是：现有点火技术存在的射流冲击波影响波转子通道内的波系发展、波转子通道内高温高压燃气沿射流端口泄漏以及高温高压燃气的流动影响射流火焰稳定性。

本申请解决上述技术问题所采取的技术方案是提供了一种内燃波转子低温等离子点火系统，该系统包括内燃波转子、等离子室和高压电源，

所述内燃波转子包括进口密封盘、波转子通道、出口密封盘和转轴，其中所述波转子通道由转轴驱动旋转，所述出口密封盘上设有等离子室安装孔，用于固定安装所述等离子室；

所述等离子室包括负极套筒、正极套筒和外环陶瓷，所述正极套筒和负极套筒分别通过导线与高压电源的正、负极连接，所述外环陶瓷设置在负极套筒与正极套筒之间，用以实现负极套筒与正极套筒之间的绝缘和固定，在正极套筒的靠近内燃波转子的一端附近径向向外设置有放电尖端，所述放电尖端与负极套筒的内壁之间具有间隙δ；

所述高压电源提供的电压能够保证击穿正极套筒和负极套筒之间的混气以形成电弧，并且该电弧的能量能够点燃其周围的混气以形成初始火焰。

优选地，所述的内燃波转子低温等离子点火系统还包括频率控制器，所述频率控制器通过信号线与高压电源上的控制信号接线端相连接，以实现对高压电源的通断和放电频率的控制。

优选地，在将等离子室安装在出口密封盘上之后，负极套筒的端面与出口密封盘的端面之间具有间隙σ，该σ大于燃烧过程中负极套筒的热变形量。

优选地，δ约为0.5mm。

优选地，所述等离子室安装孔设置有内螺纹，所述等离子室的负极套筒的外壁面上设置有与所述内螺纹相配合的外螺纹。

优选地，所述内芯陶瓷和所述外环陶瓷通过浇铸形成。

优选地，所述正极套筒的靠近内燃波转子的一端附近径向向外均匀设置有4～8个放电尖端。

优选地，所述等离子室还包括内芯陶瓷，所述内芯陶瓷设置在正极套筒内。

优选地，所述内芯陶瓷通过浇铸形成。

本申请的主要工作原理是采用等离子电极在等离子室内击穿周围混气以形成电弧，并且该电弧的能量能够点燃其周围的混气以形成初始火焰，初始火焰传播至旋转的内燃波转子通道内，作为间接的点火源实现内燃波转子的可靠点火。

本申请与现有技术相比具有如下优点：

1、点火系统不需要额外的工作介质，结构简单，不存在额外工作介质对内燃波转子通道内波系发展的影响；

2、无需以往内燃波转子系统的点火端口，也不存在额外的工作介质流路，从而避免了波转子通道内高温高压燃气向点火端口泄漏；

3、等离子放电过程不受波转子通道内气流的影响，工作稳定性好；

4、等离子室内驻留部分上一循环的残余燃气，对进入等离子室中的下一循环或相邻波转子通道中的混气进行预热，使得该混气更易于被电弧点燃以形成初始火焰，从而使得点火过程更可靠。

附图说明

附图示出了本申请的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本申请的原理，其中包括了如下附图以提供对本申请的进一步理解，并且这些附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分：

图1示出了本申请的内燃波转子低温等离子点火系统的示意图；

图2示出了本申请的出口密封盘的示意图；

图3示出了本申请的等离子室的示意图；

图4示出了本申请的安装在内燃波转子上的等离子室的截面图；

图5示出了本申请的内燃波转子低温等离子点火系统的点火过程的示意图。

图中：1为内燃波转子，1a为进口密封盘，1b为波转子通道，1c为出口密封盘，1d为转轴，2为等离子室，3为高压电源，4为频率控制器，5为等离子室安装孔，6为内螺纹，7为负极套筒，8为正极套筒，9为内芯陶瓷，10为外环陶瓷，11为外螺纹，12为放电尖端，13为导线，14为控制信号接线端，15为信号线，16为负极套筒端面，17为出口密封盘端面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关内容，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本申请针对当前内燃波转子的点火技术所遇到的问题，提出了一种内燃波转子低温等离子点火系统，现结合附图1～5对其进行说明：

如图1所示的，内燃波转子低温等离子点火系统包括内燃波转子1、等离子室2和高压电源3。内燃波转子1包括进口密封盘1a、波转子通道1b、出口密封盘1c和转轴1d，所述波转子通道1b由转轴1d驱动旋转，使得一系列波转子通道1b可以顺序工作。

在本实施方式中，内燃波转子低温等离子点火系统还优选地包括频率控制器4，该频率控制器4通过信号线15与高压电源3上的控制信号接线端14相连接，以实现对高压电源的通断和放电频率的控制。

如图2所示的，出口密封盘1c上设有等离子室安装孔5，用于固定安装等离子室2。在本实施方式中，等离子室安装孔5上设有内螺纹6，该内螺纹6与等离子室2的负极套筒的外壁面上的外螺纹11相配合，用于将等离子室2安装固定在内燃波转子1的出口密封盘1c上。但等离子室2在出口密封盘1c上的安装方式不限于此。

如图3所示的，等离子室2包括负极套筒7和正极套筒8，在本实施方式中，负极套筒7通过导线13与高压电源3的负极相连，正极套筒8通过导线13与高压电源3的正极相连，在负极套筒7与正极套筒8之间设置有外环陶瓷10，用以实现负极套筒与正极套筒之间的绝缘和固定，在正极套筒内设置有内芯陶瓷9，如图3和4所示。高压电源3提供的电压能够保证击穿正极套筒8和负极套筒7之间的混气以形成电弧，并且该电弧的能量能够点燃其周围的混气以形成初始火焰。另外，等离子室2内驻留部分上一循环的残余燃气，对进入等离子室中的下一循环或相邻波转子通道中的混气进行预热，使得该混气更易于被电弧点燃以形成初始火焰，从而使得点火过程更可靠.

在本实施方式中，在负极套筒7与正极套筒8之间通过浇铸陶瓷形成外环陶瓷10，在浇铸过程中保持负极套筒7与正极套筒8同心。在正极套筒8的内部通过浇铸形成内芯陶瓷9。

如图4所示的，在正极套筒8的靠近内燃波转子的一端附近径向向外设置有放电尖端12，放电尖端12使放电能量更加集中，有利于可靠击穿其周围混气以形成电弧。在本实施方式中，放电尖端12沿正极套筒8的周向均匀布置，所述放电尖端12与负极套筒7的内壁之间具有间隙δ。δ不宜过大也不宜过小，若δ过大，则混气不易被击穿，无法形成电弧；若δ过小，则混气击穿电离的能量太小，不易于点燃其周围混气以形成初始火焰。优选地，δ为约0.5mm。

在将等离子室2安装在出口密封盘1c上之后，负极套筒7的端面16与出口密封盘1c的端面17之间具有间隙σ，该σ大于燃烧过程中负极套筒7的热变形量，以防止等离子室2的热变形影响内燃波转子1的正常工作。

下面详细介绍本申请的内燃波转子低温等离子点火系统的工作过程：

首先在t₀时刻，调节频率控制器4，使得高压电源3按一定频率放电，在放电尖端12与负极套筒7之间形成电弧；

随着波转子通道1b的旋转，在t₁时刻，波转子通道1b内的混气开始进入等离子室2，在电极击穿混气形成电弧的情况下，电弧点燃其周围的混气从而形成初始火焰；

紧接着在t₂时刻，初始火焰进一步发展，并逐渐传播至波转子通道1b内，从而实现内燃波转子1的点火；

在t₃时刻，波转子通道1b内形成稳定传播的火焰，此时等离子室2内驻留部分上一循环的残余燃气，因此下一循环或相邻波转子通道1b内的混气进入等离子室2的时候会先经过驻留燃气的预热，从而更容易被电弧点燃以形成初始火焰，使得点火过程更加可靠。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本申请，而并非是对本申请的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述说明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本申请的范围内。

Claims (9)

1.内燃波转子低温等离子点火系统，包括内燃波转子(1)、等离子室(2)和高压电源(3)，

所述内燃波转子包括进口密封盘(1a)、波转子通道(1b)、出口密封盘(1c)和转轴(1d)，其中所述波转子通道由转轴驱动旋转，所述出口密封盘上设有等离子室安装孔(5)，用于固定安装所述等离子室；

所述等离子室包括负极套筒(7)、正极套筒(8)和外环陶瓷(10)，所述正极套筒和负极套筒分别通过导线(13)与高压电源(3)的正、负极连接，所述外环陶瓷设置在负极套筒与正极套筒之间，用以实现负极套筒与正极套筒之间的绝缘和固定，在正极套筒的靠近内燃波转子的一端附近径向向外设置有放电尖端(12)，所述放电尖端与负极套筒的内壁之间具有间隙δ；

所述高压电源提供的电压能够保证击穿正极套筒和负极套筒之间的混气以形成电弧，并且该电弧的能量能够点燃其周围的混气以形成初始火焰。

2.根据权利要求1所述的内燃波转子低温等离子点火系统，其特征在于，还包括频率控制器(4)，所述频率控制器通过信号线(15)与高压电源(3)上的控制信号接线端(14)相连接，以实现对高压电源的通断和放电频率的控制。

3.根据权利要求1或2所述的内燃波转子低温等离子点火系统，其特征在于，在将等离子室安装在出口密封盘上之后，负极套筒的端面(16)与出口密封盘的端面(17)之间具有间隙σ，该σ大于燃烧过程中负极套筒的热变形量。

4.根据权利要求1或2所述的内燃波转子低温等离子点火系统，其特征在于，δ约为0.5mm。

5.根据权利要求1或2所述的内燃波转子低温等离子点火系统，其特征在于，所述等离子室安装孔设置有内螺纹(6)，所述等离子室的负极套筒的外壁面上设置有与所述内螺纹相配合的外螺纹(11)。

6.根据权利要求1或2所述的内燃波转子低温等离子点火系统，其特征在于，所述外环陶瓷通过浇铸形成。

7.根据权利要求1或2所述的内燃波转子低温等离子点火系统，其特征在于，所述正极套筒的靠近内燃波转子的一端附近径向向外均匀设置有4～8个放电尖端。

8.根据权利要求1或2所述的内燃波转子低温等离子点火系统，其特征在于，所述等离子室还包括内芯陶瓷，所述内芯陶瓷设置在正极套筒内。

9.根据权利要求8所述的内燃波转子低温等离子点火系统，其特征在于，所述内芯陶瓷通过浇铸形成。