CN219733526U - 一种特斯拉阀脉冲发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种特斯拉阀脉冲发动机，包括特斯拉阀主体、挤压瓶、矩形喷管和燃料腔，特斯拉阀主体中加工有气体流道，而气体流道中设置有翼状障碍，气体流道和翼状障碍共同形成了特斯拉阀结构，气体流道的一端作为流道进口，气体流道的另一端作为流道出口；矩形喷管的入口与流道出口连通；燃料腔设置在特斯拉阀主体中且靠近流道出口一侧，燃料腔通过雾化喷孔与气体流道连通，燃料腔中填充有燃料。燃料腔将燃料雾化喷出并燃烧产生高温高压燃气，因燃烧室前端的特斯拉阀结构，使得高温高压气流只能向后方运动，经矩形喷管喷出产生推力。采用本实用新型设计的脉冲发动机推重比高、结构简单、寿命长。

Description

一种特斯拉阀脉冲发动机

技术领域

本实用新型涉及一种特斯拉阀脉冲发动机，用于航空无压缩机飞行器，属于航空技术领域。

背景技术

变循环发动机是一款最具希望成为宽马赫数飞行器的动力核心。变循环发动机需要在低速条件下以航空发动机的模态启动后加速到高亚声速再切换至冲压发动机模态工作。这种方式导致变循环发动机不得不安装大重量的压气机和涡轮，不利于发动机减重和提高性能。

为了实现低重量变循环发动机技术，现有技术方案中的脉冲喷气式发动机是一款最为有希望胜任变循环发动机在低速条件下启动和加速工作的发动机。目前，脉冲喷气式发动机主要包括单向阀式脉冲发动机和弯管无阀式脉冲发动机，但均因其结构导致其无法直接应用到变循环发动机中。一方面，单向阀脉冲发动机的阀门簧片因无法适应冲压作用而不能适应宽范围工况，另一方面，弯管无阀式脉冲发动机因其流道发生180°偏折而无法正常利用冲压作用。

实用新型内容

本实用新型旨提供一种特斯拉阀脉冲发动机，以提供一种推重比高、结构简单、寿命长的发动机设计方案，并且发动机中气流压力振荡较小，发动机具备稳定的性能输出。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种特斯拉阀脉冲发动机，包括，

特斯拉阀主体，所述特斯拉阀主体中加工有气体流道，而气体流道中设置有翼状障碍，气体流道和翼状障碍共同形成了特斯拉阀结构，气体流道的一端作为流道进口，气体流道的另一端作为流道出口；

矩形喷管，所述矩形喷管的入口与流道出口连通；

燃料腔，所述燃料腔设置在特斯拉阀主体中且靠近流道出口一侧，燃料腔通过雾化喷孔与气体流道连通，燃料腔中填充有燃料。

作为一种选择，特斯拉阀脉冲发动机还包括挤压瓶，所述挤压瓶可拆卸连接在特斯拉阀主体中，挤压瓶与燃料腔连通，挤压瓶中填充有用于驱动燃料腔中燃料向气体流道转移的高压气体。挤压瓶可以理解为高压气瓶，内部装有高压惰性气体，例如氮气，其目的是向燃料腔中供气使燃料压力大于燃烧室压力并实现有效雾化。

进一步，所述挤压瓶与矩形喷管的轴线平齐布置。该设计方案使发动机整体包络形状接近于长方体，有利于布局和安装。

进一步，所述挤压瓶与加热装置相连。

进一步，所述加热装置为热交换器，热交换器的冷端与挤压瓶连接，热交换器的热端与矩形喷管连接，通过热交换器中的工作介质加热挤压瓶中的高压气体。

特斯拉阀主体中的气体流道在形状、数量、长度上没有特别要求，其设计原则是能够容纳下翼状障碍，从而形成特斯拉阀结构特征，满足流道进口到流道出口的顺流流阻远远低于流道出口到流道进口的逆流流阻即可。

与现有技术相比，本实用新型通过使用特斯拉阀作为进气道与燃烧室设计脉冲发动机，因其结构简单、无活动部件，具有长寿命低成本的性能，并且，燃气流道单向畅通，使得气流压力振荡较小，有利于发动机性能的稳定输出。

附图说明

图1为特斯拉阀脉冲发动机的三视图；

图2为特斯拉阀脉冲发动机的剖视图；

图3为特斯拉阀脉冲发动机的剖面图；

图4为特斯拉阀脉冲发动机的工作原理图；

图中，1-特斯拉阀主体；2-挤压瓶；3-矩形喷管；4-燃料腔；5-翼状障碍；6-雾化喷孔；7-燃烧室；8-流道进口；9-流道出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但不应就此理解为本实用新型所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本实用新型的范围内。

如图1～图4所示，为本实施例中设计的一种特斯拉阀脉冲发动机，包括特斯拉阀主体1、挤压瓶2、矩形喷管3和燃料腔4。

特斯拉阀主体1内部设计有特殊形状的气体流道，气体流道内设置有翼状障碍5(如图2和图3所示，类似机翼结构)，与气体流道共同构成特斯拉阀结构，可实现从特斯拉阀主体1的流道进口8至流道出口9的流阻远低于流道出口9至流道进口8的流阻。气体流道的流道出口9与矩形喷管3的入口连接，挤压瓶2安装在特斯拉阀主体1的后端，且与矩形喷管3平齐。特斯拉阀主体1靠近挤压瓶2的后端内设置有空腔，用于储存燃料，即燃料腔。燃料腔4与特斯拉阀主体1内的气体流道使用雾化喷孔6连接，该气体流道位置成为燃烧室7。如图3和图4，空气由特斯拉阀主体1的进气端进入燃烧室7，燃料腔4将燃料雾化喷出并燃烧产生高温高压燃气，因燃烧室7前端的特斯拉阀结构，使得高温高压气流只能向后方运动，经矩形喷管3喷出产生推力。燃烧室7因高温气流排出产生负压，可从进气口吸入新鲜空气，继而循环前述工作过程。

矩形喷管3的结构如图2和图3所示，该矩形喷管3不同于传统的矩形喷口或方形喷口(即在圆环形喷管的末端增加矩形流道，将原本横截面为圆柱状的气流变为矩形状的气流)，本实用新型中的矩形喷管3专指喷管中垂直于喷管轴线方向的内腔体截面均为矩形，且矩形截面从流道出口9处逐渐缩小，形成喷管喉部，然后矩形截面再逐渐增大形成喷管尾部。

挤压瓶2与燃料腔4连接，挤压瓶2内装有高压气，用于挤压燃料腔4内的推进剂，使其具有足够压力实现雾化。

如图4，新鲜的空气从流道进口8进入特斯拉阀主体1中的气体流道，经翼状障碍5到的燃烧室7发生燃烧，然后从流道出口9进入矩形喷管3，最终从矩形喷管3的尾部以超声速燃气的形式流出。

挤压气瓶2与矩形喷管3可根据技术要求等添加热管理设备，例如热交换器，热交换器的冷端与挤压瓶连接，热交换器的热端与矩形喷管连接，通过热交换器中的工作介质加热挤压瓶中的高压气体，即利用矩形喷管3废热加热挤压气瓶2，以实现高压气较高的气体利用效率。

Claims (5)

1.一种特斯拉阀脉冲发动机，其特征在于：包括，

特斯拉阀主体(1)，所述特斯拉阀主体(1)中加工有气体流道，而气体流道中设置有翼状障碍(5)，气体流道和翼状障碍(5)共同形成了特斯拉阀结构，气体流道的一端作为流道进口(8)，气体流道的另一端作为流道出口(9)；

矩形喷管(3)，所述矩形喷管(3)的入口与流道出口(9)连通；

燃料腔(4)，所述燃料腔(4)设置在特斯拉阀主体(1)中且靠近流道出口(9)一侧，燃料腔(4)通过雾化喷孔(6)与气体流道连通，燃料腔(4)中填充有燃料。

2.根据权利要求1所述的一种特斯拉阀脉冲发动机，其特征在于：还包括挤压瓶(2)，所述挤压瓶(2)可拆卸连接在特斯拉阀主体(1)中，挤压瓶(2)与燃料腔(4)连通，挤压瓶(2)中填充有用于驱动燃料腔(4)中燃料向气体流道转移的高压气体。

3.根据权利要求2所述的一种特斯拉阀脉冲发动机，其特征在于：所述挤压瓶(2)与矩形喷管(3)的轴线平齐布置。

4.根据权利要求2所述的一种特斯拉阀脉冲发动机，其特征在于：所述挤压瓶(2)与加热装置相连。

5.根据权利要求4所述的一种特斯拉阀脉冲发动机，其特征在于：所述加热装置为热交换器，热交换器的冷端与挤压瓶(2)连接，热交换器的热端与矩形喷管(3)连接，通过热交换器中的工作介质加热挤压瓶(2)中的高压气体。