一种气液两相脉冲爆轰发动机燃烧装置

摘要

本发明提供了一种气液两相脉冲爆轰发动机燃烧装置，包括爆轰管，所述爆轰管分为混合区域和燃烧区域，所述混合区域设有爆轰管进气口，其特征在于，还包括移动钝体装置；所述移动钝体装置位于所述混合区域内，用于调节混合区域与燃烧区域之间的流通面积，使所述燃烧区域内燃料产生湍流漩涡。所述移动钝体装置包括钝体、第一孔板和第二孔板；所述混合区域内设有第一孔板和第二孔板；所述钝体在第一孔板和第二孔板之间轴向移动，当钝体与第一孔板接触时，所述混合区域与燃烧区域阻断；当钝体向第二孔板靠近时，所述混合区域与燃烧区域连通。本发明可以提高起爆的初始压力，提高初始温度，改善爆轰发动机燃烧装置的性能。

说明书

技术领域

本发明涉及爆轰发动机的燃烧技术领域，尤其涉及一种气液两相脉冲爆轰发动机燃烧装置。

背景技术

脉冲爆轰发动机(Pulse detonation engine，PDE)是一种利用脉冲爆轰波来产生推力的新概念发动机，具有热效率高，结构简单等优点。张博等人在《气相爆轰动力学》，Lee等人在《The Detonation Phenomenon》皆表明圆管爆轰的初始压力对缓燃转爆轰(DDT)的距离、起爆后的爆轰压力、爆轰速度都有着十分重要的影响，即在相同的实验条件下初始压力越高，起爆后的压力、速度越大，爆轰发动机性能越好。因而采用较小的代价获得较大的初始压力是脉冲爆轰发动机中十分重要的技术。此外，由于脉冲爆轰发动机是一种航空发动机，因而发动机的体积对于整个飞行器的性能也有着很大的影响，如何通过减少DDT距离来缩减发动机的体积也是PDE研究中一项非常重要的工作。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种气液两相脉冲爆轰发动机燃烧装置，通过在发动机壁面设置进气道，在尾部开设回流口，对部分尾气进行再利用，以此提高起爆的初始压力，提高初始温度，改善爆轰发动机燃烧装置的性能。移动钝体装置用于调节混合区域与燃烧区域之间的流通面积，提高燃气的湍流强度形成湍流漩涡，加速燃烧。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种气液两相脉冲爆轰发动机燃烧装置，包括爆轰管，所述爆轰管分为混合区域和燃烧区域，所述混合区域设有爆轰管进气口，其特征在于，还包括移动钝体装置；所述移动钝体装置位于所述混合区域内，用于调节混合区域与燃烧区域之间的流通面积，提高燃气的湍流强度，使所述燃烧区域内燃料产生湍流漩涡。

进一步，所述移动钝体装置包括钝体、第一孔板和第二孔板；所述混合区域内设有第一孔板和第二孔板；所述钝体在第一孔板和第二孔板之间轴向移动，当钝体与第一孔板接触时，所述混合区域与燃烧区域阻断；当钝体向第二孔板靠近时，所述混合区域与燃烧区域连通。

进一步，其特征在于，所述钝体为中心锥钝体，所述中心锥钝体的小端朝向爆轰管进气口，所述中心锥钝体的大端与第一孔板接触时，所述混合区域与燃烧区域阻断；所述中心锥钝体的大端向第二孔板靠近时，所述混合区域与燃烧区域之间的流通面积变大。

进一步，其特征在于，所述钝体上设有燃油雾化喷嘴，可对燃烧区域的燃油雾化。

进一步，还包括热交换器，所述热交换器分布在燃烧区域内；所述热交换器内设有储热材料。

进一步，还包括回流系统；所述回流系统用于连通燃烧区域的回流口和混合区域的爆轰管进气口。

进一步，所述燃烧区域末端设有若干回流口，每个所述回流口通过进气道与爆轰管进气口连通；每个所述进气道设有单向阀。

进一步，所述进气道环绕在爆轰管的壁面上，且与壁面紧密贴合。

进一步，所述进气道环绕方式为螺旋环绕。

进一步，每个所述回流口向爆轰管内部延伸有弧形导流口。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的气液两相脉冲爆轰发动机燃烧装置，通过移动钝体装置调节混合区域与燃烧区域之间的流通面积，提高燃气的湍流强度，形成湍流漩涡，加速燃烧。

2.本发明所述的气液两相脉冲爆轰发动机燃烧装置，通过在发动机壁面设置进气道，在尾部开设回流口，对部分尾气进行再利用，以此提高起爆的初始压力，提高初始温度，改善爆轰发动机燃烧装置的性能，减少缓燃向爆轰的转捩距离。

3.本发明所述的气液两相脉冲爆轰发动机燃烧装置，回流口可对脉冲爆轰发动机进行一定程度的泄爆，减少壁面的压力，同时可导出部分高速高压已燃气体，在下一循环的燃烧中进一步利用。

4.本发明所述的气液两相脉冲爆轰发动机燃烧装置，利用热交换器中吸收的余热，使得雾化的燃油进一步气化，燃油空气混合更加均匀。

附图说明

图1为本发明所述的气液两相脉冲爆轰发动机燃烧装置结构示意图。

图中：

1-爆轰管；2-回流口；3-单向阀；4-进气道；5-爆轰管进气口；6-钝体；7-雾化喷嘴；8-热交换器；9-高能点火器；10-第二孔板。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的气液两相脉冲爆轰发动机燃烧装置，包括爆轰管1和移动钝体装置，所述爆轰管1分为混合区域和燃烧区域，所述混合区域设有爆轰管进气口5，所述移动钝体装置位于所述混合区域内，用于调节混合区域与燃烧区域之间的流通面积，使所述燃烧区域内燃料产生湍流漩涡。所述移动钝体装置包括钝体6、第一孔板和第二孔板10；所述混合区域内设有第一孔板和第二孔板10；所述钝体6在第一孔板和第二孔板10之间轴向移动，当钝体6与第一孔板接触时，所述混合区域与燃烧区域阻断；当钝体6向第二孔板10靠近时，所述混合区域与燃烧区域连通。所述钝体6上设有燃油雾化喷嘴7，可对燃烧区域的燃油雾化。

所述钝体6为中心锥钝体，所述中心锥钝体的小端朝向爆轰管进气口5，所述中心锥钝体的大端与第一孔板接触时，所述混合区域与燃烧区域阻断；所述中心锥钝体的大端向第二孔板10靠近时，所述混合区域与燃烧区域之间的流通面积变大。中心锥钝体可使后方雾化燃油形成湍流漩涡加速燃烧，同时可增加气体倒流时的阻力，防止气体倒流；

在所述爆轰管1的内部，钝体6的后方安装有热交换器8，热交换器8为方形结构，热交换器8中装有具有较好储热性能的液体，可在上一工作循环中吸收余热，并将余热在下一循环点火前释放给雾化的燃油，使燃油气化，加速燃油燃烧；在热交换器8的后方，爆轰管1的上壁面装有高能点火器9，其可对雾化的燃油进行点火控制，可依据具体的燃料选择合适点火能量的点火器。

还包括回流系统；所述回流系统用于连通燃烧区域的回流口2和混合区域的爆轰管进气口5；所述燃烧区域末端设有若干回流口2，每个所述回流口2通过进气道4与爆轰管进气口5连通；每个所述进气道4设有单向阀3。所述进气道4环绕在爆轰管1的壁面上，且与壁面紧密贴合。每个所述回流口2向爆轰管1内部延伸有弧形导流口。所述进气道4环绕方式为螺旋环绕。一般在燃烧区域末端设有4个呈90度角分布的回流口2，可对脉冲爆轰发动机进行一定程度的泄爆，减少壁面的压力，同时可导出部分高速高压已燃气体，提高起爆时的初温与初压。

工作过程：

上一工作循环即将结束时，部分高速高压已燃气体从回流口口2中导出，通过单向阀3进入狭长的进气道4，通过进气道4进入混合区域；同时这部分高速高压已燃气体与爆轰管进气口5吸入的空气混合，使得空气温度升高，初始压力升高，空气在进入混合区域得到预热，随后中心锥钝体逐渐打开至第二孔板10处，预热增压后的空气进入燃烧区域，燃油雾化喷嘴7喷出雾化的燃油与空气混合，燃油与空气的混合物流经热交换器8时，与热交换器8发生热量交换，将上一循环储存于热交换器8中的余热吸收，使得雾化的燃油进一步气化，燃油空气混合更加均匀，随后在高能点火器9处点火，火焰经过一系列的发展后形成爆轰向管外传播，在管外产生推力，给飞行器提供动力，同时当已燃气流经回流口2后，部分已燃气导入进气道4，开始下一循环的进气。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。