CN219934039U - 一种爆震燃烧室结构和旋转爆震发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种爆震燃烧室结构和旋转爆震发动机，燃烧室结构包括：燃烧室外壳，该燃烧室外壳为前后贯通的筒状结构，内部为用于进行爆震燃烧的燃烧腔，所述燃烧室外壳包括内壁和外壁，内壁和外壁之间形成用于容纳热交换介质的环形空腔，所述外壁上开设多个热交换介质入口和热交换介质出口；所述燃烧室外壳的燃烧出口段还设置尾部换热组件，尾部换热组件包括多个换热柱，换热柱的内部开设换热通道，换热柱穿过燃烧室外壳的内壁与环形空腔连通，使环形空腔内的热交换介质进入换热柱内部的换热通道中。本实用新型可有效利用燃烧室的余热，增大冷却介质的换热面积，解决爆震燃烧工作过程中存在较大热量集中的问题，保证发动机的性能稳定。

Description

一种爆震燃烧室结构和旋转爆震发动机

技术领域

本实用新型涉及爆震发动机技术领域，具体涉及一种爆震燃烧室结构和旋转爆震发动机。

背景技术

目前，航空发动机和燃气轮机等动力装置内的燃烧方式大部分均为缓燃燃烧，缓燃燃烧的火焰传播速率相对较低。相对于缓燃燃烧，爆震燃烧的特点在于燃烧区的上游为激波结构，是激波和火焰(化学反应)耦合的燃烧模式，其化学反应速率快、火焰传播快1000+km/s、能够产生极高的压力和温度。

连续旋转爆震发动机是一种利用爆震燃烧的动力技术，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)具有自增压特性，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；(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。

但由于旋转爆震发动机的自增压工作特性，其爆震燃烧过程具有较高热效率，高比冲、燃烧充分、局部高热流密度、热梯度分布不均等特点，因此其爆震燃烧工作过程中存在较大热量集中的问题，在实际工程应用中需特别考虑热防护等问题，才可保证不影响发动机性能。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种爆震燃烧室结构和旋转爆震发动机，该燃烧室结构可有效利用燃烧室的余热，增大热交换介质的换热面积，以对爆震燃烧产生的热量进行回收再利用，解决爆震燃烧工作过程中存在较大热量集中的问题。

本申请实施例提供以下技术方案：一种爆震燃烧室结构，包括：

燃烧室外壳，所述燃烧室外壳为前后贯通的筒状结构，内部为用于进行爆震燃烧的燃烧腔，所述燃烧室外壳包括内壁和外壁，所述内壁和外壁之间形成用于容纳热交换介质的环形空腔，所述外壁上开设多个热交换介质入口和多个热交换介质出口，分别用于向所述环形空腔内引入所述热交换介质，以及从所述环形空腔内引出所述热交换介质；

所述燃烧室外壳的燃烧出口段还设置尾部换热组件，所述尾部换热组件包括多个换热柱，所述换热柱的内部开设换热通道，所述换热柱穿过所述燃烧室外壳的内壁与所述环形空腔连通，使所述环形空腔内的热交换介质进入所述换热柱内部的换热通道中。

根据本申请一种实施例，多个所述换热柱周向均匀设置在所述燃烧室外壳的内壁上。

根据本申请一种实施例，所述换热柱的外型结构呈流线型，所述换热柱与所述环形空腔连通的端面上开设多个通孔。

根据本申请一种实施例，所述尾部换热组件还包括换热块，所述换热块为圆柱状结构，所述换热块的内部开设环形换热腔，所述换热块的外壁与多个所述换热柱的热交换介质出口端固定连接，使所述换热柱内部的换热通道与所述换热块的环形换热腔连通。

根据本申请一种实施例，所述换热柱和所述换热块的连接结构为模块化的预制连接件。

根据本申请一种实施例，所述燃烧室的外壁上的多个热交换介质入口和多个热交换介质出口分别周向均布在所述燃烧室的外壁上。

根据本申请一种实施例，所述热交换介质为用于进行爆震燃烧的燃料，所述燃料通过所述热交换介质入口进入，经过热交换后，通过所述热交换介质出口引出后进入所述燃烧腔中。

本申请另一实施例还提供一种旋转爆震发动机，包括如上述的爆震燃烧室结构。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本实用新型实施例基于旋转爆震发动机的旋转爆震工作机理形成一种能够对热量有效利用的燃烧室结构。由于旋转爆震发动机的工作特性原因，发动机前端为主要燃烧工作区，后端结构不会影响到发动机性能，因此本实用新型除了在燃烧室环壁上设置冷却通道之外，还在燃烧室后端设计相关换热结构，热量可用于其他区域进行热交换，并且在利用相关热能后对发动机总体性能无明显影响。由于工质在燃烧室内燃烧较为充分，排放较为清洁，同时热利用较为充分，是比较理想的热源。因此，该燃烧室结构不仅可以对燃烧热量进行回收再利用，也可用于发动机的燃料预热等过程，解决爆震发动机的爆震燃烧工作过程中存在较大热量集中的问题，保证发动机的性能稳定。

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是本实用新型实施例的爆震燃烧室结构侧面剖视图；

图2是本实用新型实施例的爆震燃烧室的尾端俯视图；

图3是本实用新型实施例的爆震燃烧室的单侧剖面示图；

图4是本实用新型实施例的换热柱端面结构示意图；

其中，1-热交换介质入口，2-热交换介质出口，3-环形空腔，4-中心体结构，5-燃烧腔，6-换热柱，7-换热通道，8-环形换热腔。

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。

如图1-图3所示，本实用新型实施例提供了一种爆震燃烧室结构，包括：

燃烧室外壳，所述燃烧室外壳为前后贯通的筒状结构，内部为用于进行爆震燃烧的燃烧腔5，所述燃烧室外壳包括内壁和外壁，所述内壁和外壁之间形成用于容纳热交换介质的环形空腔3，所述外壁上开设多个热交换介质入口1和多个热交换介质出口2，分别用于向所述环形空腔3内引入所述热交换介质，以及从所述环形空腔3内引出所述热交换介质；且所述燃烧室的外壁上的多个热交换介质入口1和多个热交换介质出口2分别周向均布在所述燃烧室的外壁上。本实施例的燃烧腔5内还包括中心体结构4，用于实现旋转爆震波的传递。所述燃烧室外壳的燃烧出口段还设置尾部换热组件，所述尾部换热组件包括多个换热柱6，所述换热柱6的内部开设换热通道7，所述换热柱6穿过所述燃烧室外壳的内壁与所述环形空腔3连通，使所述环形空腔3内的热交换介质进入所述换热柱6内部的换热通道7中。

本实用新型实施例针对爆震燃烧过程中大量热量集中的问题，提出一种能够对热量有效利用的燃烧室结构。通过将该燃烧室外壳设置为外壁和内壁的夹层结构，使内壁和外壁之间形成环形空腔3，以将热交换介质通入该环形空腔3中，与外壳内部的燃烧腔5内的高温烟气进行热交换，并将热量传递出去，不仅能够对爆震燃烧室起到有效的降温冷却作用，而且能够回收并且有效利用爆震烟气的高温热量，避免热量损失。另一方面，通过发动机本身的自增压特性与燃烧过程较为充分的特性，利用可燃气体或相关燃料进行燃烧，随后在爆震波结束的位置设置相关的尾部换热组件，尾部换热组件包括多个换热柱6，换热柱6设置在发动机爆震波结束段，并且与燃烧室外壳的内壁固定连接，且换热柱6的内部设置换热通道7，该换热通道7与环形空腔3连通，热交换介质可以进入该换热通道7内，增大热交换介质的换热面积，进一步提高换热效果。该尾部换热组件设置在燃烧室尾段，不会影响到发动机性能。

在本实施例的一种优选方案中，多个所述换热柱6周向均匀设置在所述燃烧室外壳的内壁上，使换热柱6与爆震高温烟气均匀接触，以提高换热效率。

为了提高换热柱6与爆震高温烟气的接触面积，以实现更高效的换热，并且减小压力波动，如图4所示，本实施例中的所述换热柱6的外型结构呈流线型，换热柱6利用流线型构型减少压力波动，避免影响头部爆轰的持续运转，同时增加换热介质的换热面积；所述换热柱6与所述环形空腔3连通的端面上开设多个通孔，以将环形空腔3与换热通道7连通。

在本申请实施例中，所述尾部换热组件还包括换热块，所述换热块为圆柱状结构，所述换热块的内部开设环形换热腔8，所述换热块的外壁与多个所述换热柱6的热交换介质出口2端固定连接，使所述换热柱6内部的换热通道7与所述换热块的环形换热腔8连通，使热交换介质从换热柱6内流入换热块的环形换热腔8中，进一步增大热交换介质与爆震高温烟气的接触面积，在换热块中的环形换热腔8进行热交换，提高换热效果，也保证了爆震燃烧室的出口烟气温度不会过高，避免了过高温度的爆震烟气对涡轮性能造成影响。另外，在实际应用过程中也可在换热柱6的壁面设置相关毛细散热孔及毛细槽道进行换热。

在实际应用过程中，为了便于加工以及降低成本，所述换热柱6和所述换热块的连接结构可以为模块化的预制连接件，不仅加工方便，而且便于更换和维护。

另外，本实用新型实施例的爆震燃烧室结构不仅可以对爆震燃烧热量进行回收再利用，也可用于发动机的燃料预热等过程。在一种实施例中，所述热交换介质为用于进行爆震燃烧的燃料，所述燃料通过所述热交换介质入口1进入，经过热交换后，通过所述热交换介质出口2引出后进入所述燃烧腔5中。对燃料进行预热后也能够加速起爆的过程，提高热利用率，降低热量损失。

本实用新型另一实施例还提供一种旋转爆震发动机，该旋转爆震发动机包括如上述的爆震燃烧室结构，以对旋转爆震燃烧发动机工作过程产生的高温热量进行回收利用。该旋转爆震发动机的燃烧室结构不仅可以对燃烧热量进行回收再利用，也可用于发动机的燃料预热等过程，解决爆震发动机的爆震燃烧工作过程中存在较大热量集中的问题，保证发动机的性能稳定。

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)

1.一种爆震燃烧室结构，其特征在于，包括：

燃烧室外壳，所述燃烧室外壳为前后贯通的筒状结构，内部为用于进行爆震燃烧的燃烧腔，所述燃烧室外壳包括内壁和外壁，所述内壁和外壁之间形成用于容纳热交换介质的环形空腔，所述外壁上开设多个热交换介质入口和多个热交换介质出口，分别用于向所述环形空腔内引入所述热交换介质，以及从所述环形空腔内引出所述热交换介质；

所述燃烧室外壳的燃烧出口段还设置尾部换热组件，所述尾部换热组件包括多个换热柱，所述换热柱的内部开设换热通道，所述换热柱穿过所述燃烧室外壳的内壁与所述环形空腔连通，使所述环形空腔内的热交换介质进入所述换热柱内部的换热通道中。

2.根据权利要求1所述的爆震燃烧室结构，其特征在于，多个所述换热柱周向均匀设置在所述燃烧室外壳的内壁上。

3.根据权利要求1所述的爆震燃烧室结构，其特征在于，所述换热柱的外型结构呈流线型，所述换热柱与所述环形空腔连通的端面上开设多个通孔。

4.根据权利要求1所述的爆震燃烧室结构，其特征在于，所述尾部换热组件还包括换热块，所述换热块为圆柱状结构，所述换热块的内部开设环形换热腔，所述换热块的外壁与多个所述换热柱的热交换介质出口端固定连接，使所述换热柱内部的换热通道与所述换热块的环形换热腔连通。

5.根据权利要求4所述的爆震燃烧室结构，其特征在于，所述换热柱和所述换热块的连接结构为模块化的预制连接件。

6.根据权利要求1所述的爆震燃烧室结构，其特征在于，所述燃烧室的外壁上的多个热交换介质入口和多个热交换介质出口分别周向均布在所述燃烧室的外壁上。

7.根据权利要求1所述的爆震燃烧室结构，其特征在于，所述热交换介质为用于进行爆震燃烧的燃料，所述燃料通过所述热交换介质入口进入，经过热交换后，通过所述热交换介质出口引出后进入所述燃烧腔中。

8.一种旋转爆震发动机，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的爆震燃烧室结构。