CN2604529Y - 混压式脉冲爆轰喷射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用脉冲爆轰技术在混压腔内产生高压高温气体，并使气体以比较均匀的方式从喷射口喷出的混压式脉冲爆轰喷射装置。本实用新型将多个脉冲爆轰管与一个共用得混压腔相联，不同的脉冲爆轰管轮流工作时，脉冲爆轰所产生的高压产物在混压腔中预膨胀，形成较均匀的腔内压力；腔内的高压、高温气体通过腔壁上的喷射口喷出。本实用新型将多个脉冲爆轰管与一个共用的混压腔相联，不同的脉冲爆轰管轮流工作时，脉冲爆轰所产生的高压产物在混压腔中预膨胀，形成较均匀的腔内压力，不仅可以大幅度减少脉冲爆轰喷气引擎的噪声和振动问题，同时可以使得爆轰初压升高，提高能源的使用效率。

Description

混压式脉冲爆轰喷射装置

技术领域

本实用新型涉及一种利用脉冲爆轰技术在混压腔内产生高压高温气体，并使气体以比较均匀的方式从喷射口喷出的混压式脉冲爆轰喷射装置。

背景技术

燃烧过程在可燃介质中的传播，一般存在着两种模式：一种称为爆燃波，另一种称为爆轰波。爆燃波是借助于热传导、扩散和热辐射等机制在介质中向前传播，这种波的传播速度较低，典型的速度为每秒数米至每秒数十米；爆轰波是借助于激波压缩起燃的机制在介质中传播，其传播速度为每秒数千米。

在通过燃烧进行化学能——热能——机械能转换的过程中，采用爆轰方式，将比采用爆燃方式获得高出许多的能源转换效率，这是因为爆轰过程是接近于等容压缩加绝热膨胀的过程，而爆燃过程是近似的等压过程。

为能使爆轰波应用于各种工业目的，提高能源使用效率，降低设备制造成本，二十世纪，各国科学家对爆轰过程机理进行了深入细致的研究，并从1992年开始对脉冲爆轰喷气引擎的有关技术展开大量实验工作。脉冲爆轰喷气引擎，是指在火箭或飞机引擎中脉冲式地激发爆轰波，从而产生推进力的新型引擎。这种引擎具有效率高、成本低、易启动、易保养、推力—重量比高等一系列优点，其使用将是航空航天推进技术的一场革命，带来航空器和航天器性能的重大改善。1992年以来，美国有数十家知名大学、权威研究机构和大公司先后介入该方面的研究，其他国家科学家也大量涌入该领域的研究。

1998年，美国国家航空航天局(NASA)宣布，由其组织实施，部分NASA研究机构、加州理工、普林斯顿、宾夕法尼亚州立大学和多家大公司参与的脉冲爆轰喷气引擎模型试验工作取得成功，并将开始原型实验工作，争取在2005年前后开始将该技术应用于航天和航空发动机。美国国家航空航天局(NASA)的结果宣布意味着脉冲爆轰技术研究的突破，带来世界范围内更多的相关研究和相关投资。

目前各国所研究的脉冲爆轰喷气引擎，虽然具有造价低、节能等优点，但其产生的剧烈的振动和噪声，使得这种引擎的应用受到极大限制。同时，由于这种引擎的脉冲爆轰管直接与大气或太空相连，爆轰的初压难以提高，限制了能源使用效率的进一步提高。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种混压式脉冲爆轰喷射装置，以使脉冲爆轰所产生的高压产物在混压腔中预膨胀，形成较均匀的腔内压力；腔内的高压、高温气体通过腔壁上的喷射口喷出。

为达到上述目的本实用新型采用如下技术方案：混压式脉冲爆轰喷射装置主要由脉冲爆轰管束体、混压腔和喷射嘴等构成，脉冲爆轰管束体内有脉冲爆轰管，脉冲爆轰管的一端为进料口和起爆端，另一端为出口端并与混压腔相连，脉冲爆轰管束体中设有多个可以按照排定的程序轮流工作的并行排列的爆轰管。

本实用新型的管束体内每个爆轰管的进料口一端均装有供燃料和助燃气体进料的进料口及供起爆用的火花塞装置。

本实用新型的每个爆轰管的出口都与一个供爆轰产物降压、并在其内部形成较均匀的压力场的混压腔相连。

本实用新型的混压腔的前端与多个脉冲爆轰管的出口相连通，后端与一个供气体喷出装置外的喷射嘴相连，混压腔的其余部位与外界封闭。

本实用新型的喷射嘴的上端与混压腔圆滑连接，从喷射嘴的中部至下部呈喇叭口状。

本实用新型与现有技术相比，将多个脉冲爆轰管与一个共用的混压腔相联，不同的脉冲爆轰管轮流工作时，脉冲爆轰所产生的高压产物在混压腔中预膨胀，形成较均匀的腔内压力；腔内的高压、高温气体通过腔壁上的喷射口喷出。这种新型设计不仅可以大幅度减少脉冲爆轰喷气引擎的噪声和振动问题，同时可以使得爆轰初压升高，进一步提高能源的使用效率。另外，由于这种新型装置的喷气较为均匀，故可以考虑将其用于地面的涡轮式机械，从而为脉冲爆轰技术的地面应用铺设新的途径，带来更显著的节能效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，本实用新型主要由脉冲爆轰管束体1、混压腔2(图1中为半剖图)和喷射嘴4(图1中为半剖图)所构成。在管束体内，有多个脉冲爆轰管(在本实施例中的图1中为9个)排列安放，每个脉冲爆轰管的进料口和起爆端均在上部，下部的出口端(如图1中的2所示)与混压腔3相连。

图2为本实用新型的工作原理示意图。工作过程中，不同的脉冲爆轰管将按照给定的程序轮流工作。图2中展示了处于中部的爆轰管5工作时的状态。燃料和助燃气体由进料口6进入爆轰管体内。燃烧由起爆火花装置7点燃，并迅速形成爆轰波8在管中向下传播。爆轰波传播至爆轰管的出口2处后，管内的高压爆轰产物进入混压腔3。

脉冲爆轰管口2喷出的高压气体产物，进入混压腔3后，将由于膨胀而得到一定程度的降压，并在混压腔内部形成较均匀的次高压压力场。因为混压腔3中的次高压压力仍然高于喷射嘴4外面的环境压力，在压差的作用下，腔体内气体通过喷嘴喷出，形成持续的、较均匀的喷射气流。其喷射嘴的上端与混压腔圆滑连接，从喷射嘴的中部至下部呈喇叭口状，以减少喷射时的流动能量损失。

根据流体动力学原理，通过调整脉冲爆轰管的个数、尺寸和工作频率，通过改变混压腔的尺寸和喷射嘴的直径，可以使混压腔内的平均压力稳定在介于CJ爆轰压力和喷射器外部环境压力之间的给定值。

因为混压腔中平均压力高于外部环境压力，这个平均压力会在压缩波的作用下，传播至未开始工作其它脉冲爆轰管中。因此，其他爆轰管在开始供料时，爆轰管内燃料和助燃气体的初压也高于环境压力。因为爆轰产物的做功能力随着爆轰初压的提高而提高，所以本实用新型比起一般的脉冲爆轰引擎，节能效果更为显著。

本实用新型具备了能源使用效率高、喷气较均匀、防噪声和防振动性能得到大幅改善等优点，它的推广使用将会为飞行器推进技术、燃气发电技术等领域起到积极的作用。

Claims (5)

1.一种混压式脉冲爆轰喷射装置，主要由脉冲爆轰管束体、混压腔和喷射嘴等构成，脉冲爆轰管束体内有脉冲爆轰管，脉冲爆轰管的一端为进料口和起爆端，另一端为出口端并与混压腔相连，其特征在于：脉冲爆轰管束体中设有多个可以按照排定的程序轮流工作的并行排列的爆轰管。

2.根据权利要求1所述的混压式脉冲爆轰喷射装置，其特征在于：所述管束体内每个爆轰管的进料口一端均装有供燃料和助燃气体进料的进料口及供起爆用的火花塞装置。

3.根据权利要求1或2所述的混压式脉冲爆轰喷射装置，其特征在于：所述每个爆轰管的出口都与一个供爆轰产物降压、并在其内部形成较均匀的压力场的混压腔相连。

4.根据权利要求3所述的混压式脉冲爆轰喷射装置，其特征在于：所述混压腔的前端与多个脉冲爆轰管的出口相连通，后端与一个供气体喷出装置外的喷射嘴相连，混压腔的其余部位与外界封闭。

5.根据权利要求4所述的混压式脉冲爆轰喷射装置，其特征在于：其喷射嘴的上端与混压腔圆滑连接，从喷射嘴的中部至下部呈喇叭口状。

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