一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统技术方案

本发明专利技术提出一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，包括引流管、气动活塞、传动组件、滑动阀门和弹性组件。该装置利用爆震波所产生的瞬时高压驱动阀门自适应工作，并可通过改变压力入口的位置控制阀门工作时序。该类型装置在国内外尚属首创，具有结构简单、反应迅速、无需外加动力、不易损坏等优势，可在脉冲爆震发动机技术领域得到应用。

A pressure driven adaptive pulse detonation engine valve system

The invention provides a pressure driven adaptive pulse detonation engine valve system, which comprises a drain pipe, an air piston, a drive assembly, a sliding valve and an elastic component. The device uses the instantaneous high pressure generated by the detonation wave to drive the valve to work adaptively, and can control the timing of the valve by changing the position of the pressure inlet. This type of device is the first in China and abroad. It has the advantages of simple structure, quick response, no additional power, no damage, and so on. It can be applied in the field of pulse detonation engine technology.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及脉冲爆震发动机
，具体为一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统。
技术介绍
脉冲爆震发动机(PulseDetonationEngine，简称PDE)是一种利用脉冲式爆震波产生的高温、高压燃气所发出的冲量来产生推力的新概念发动机。脉冲爆震发动机间歇性的工作方式决定了工作频率对其性能有着重要影响，而工作频率的提高则依赖于高频工作的阀门系统。目前，PDE的主要供给方式包括电磁阀供给、旋转阀供给和无阀自适应供给方式。其中无阀自适应供给方式对供给压力要求极高，一般仅用于脉冲爆震火箭发动机(PulseDetonationRocketEngine，简称PDRE)。电磁阀是利用阀门中电磁力的相互作用控制阀门开合。其优点在于结构小巧，但响应存在延迟，在工作频率的提升方面存在瓶颈。而旋转阀通常由电机驱动，依靠旋转过程中内部构件周期性地开启和关闭实现燃料和氧化剂的间歇式供给。旋转阀可同时实现高频和大流量供给，但其存在相位匹配困难、需附加驱动电机等缺点，难于应用，且不适合工况变化频繁的工作状态。同时，研究者曾利用普通脉动发动机上使用的簧片阀进行了大量试验，但由于簧片阀依赖PDE头部压力作动，故其工作也存在延迟，而且簧片暴露于高温燃气使其容易损坏。因此，研制一款结构简单、不易损坏、响应速度高的阀门系统，对于吸气式脉冲爆震发动机(Air-breathingPulseDetonationEngine，简称APDE)的发展有着重要意义。
技术实现思路
要解决的技术问题由于其间歇式工作的特点，脉冲爆震发动机对其进气系统要求极高。对于APDE而言，进气压力低、面向航空领域应用和爆震波冲击力强等特征决定了阀门必须满足响应速度快、结构简单、不易损坏等特征。同时，由于脉冲爆震发动机在高频及变频工作状态下相位匹配困难，故能够自适应工作也是对脉冲爆震发动机阀门的重要要求。只有更加精心地设计APDE的阀门，才能同时满足以上要求。本专利技术的技术方案为：一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，包括引流管、气动活塞、传动组件、滑动阀门和弹性组件，其特征在于：引流管安装于爆震管壁面，与爆震管管腔连通；气动活塞以引流管为轨道进行滑动，并通过传动组件与滑动阀门相连；传动组件位于爆震管壁外侧，沿爆震管轴向布置，连接引流管与气动活塞，并可以在二者之间进行传动；滑动阀门位于爆震管头部，可沿爆震管径向滑动，其上下分别通过连杆与传动组件及弹性组件连接；弹性组件位于滑动阀门下方，一端固定，另一端与滑动阀门相连。所述的一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，其特征在于：当爆震管内的爆震波传播至引流管处，引流管入口压力升高，高压气体进入引流管，推动气动活塞，并经由传动组件带动滑动阀门运动，对爆震管头部进行密封，防止反传波及高温燃气从头部逸出；随着排气过程的进行，当引流管入口处压力低于阈值，在弹性组件的作用下，滑动阀门向上打开，向爆震管中填充隔离气体、燃料及氧化剂。所述的一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，其特征在于：所述引流管为一段弯折的细管，分为相互连接的两段，一段与爆震管壁成一定角度，一段与爆震管轴向平行；引流管与爆震管连通，其平行段内径与气动活塞直径相同，长度大于气动活塞直径，可供气动活塞在其中滑动；引流管安装在爆震管DDT段后方，其安装位置与爆震形成处的间距应小于爆震形成位置与滑动阀门间距；引流管的内表面应有较高的光滑度以保证气动活塞滑动的流畅性与引流管的气密性。所述的一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，其特征在于：所述气动活塞以引流管为滑轨，在其中进行短距滑动；其左侧表面表面与传动组件连接，右侧表面通过引流管与爆震管内工质及尾气接触；气动活塞应由耐冲击、耐高温的材料制成。所述的一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，其特征在于：所述传动组件包括连接气动活塞和滑动阀门的连杆及位于二者之间的液压部分，可将气动活塞的运动传递至滑动阀门并将其运动距离放大。所述的一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，其特征在于：所述滑动阀门由阀门挡板及其滑轨组成，滑动阀门长度应数倍于氧化剂与燃料入口的径向尺寸；阀门挡板通过滑轨安装在爆震管头部，在气动活塞和弹性组件的控制下沿滑轨上下滑动，其滑动可控制脉冲爆震发动机燃料与氧化剂的供给；阀门一般处于常开状态。所述的一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，其特征在于：所述弹性组件由弹簧及用于定位的套筒组成，上端通过连杆与阀门挡板下端相连，下端固定；用于在爆震管压力低于阈值时打开阀门进气并将气动活塞归位。有益效果采用本专利技术提供的压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，通过爆震管内部压力驱动阀门自适应工作，响应速度快，可以在高频工况下精确实现相位匹配。同时，其结构简单，无需附加过多的机械装置及动力源。相对于直接使用簧片阀等气动机械阀门，本专利技术中弹性组件无需暴露在脉冲爆震发动机头部的高温高压环境下，大大提高了其使用寿命。本装置还可以通过改变引流管位置及长度以控制时序，从而使阀门在反传波到达之前进行作动，最大限度避免头部漏压或漏气，同时防止产生负推力。附图说明图1：本专利技术的系统示意图其中，1-1为引流管，1-2为气动活塞，1-3为传动组件，1-4为滑动阀门，1-5为弹性组件。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本专利技术作进一步描述一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，各部分组件按照附图1中所示的结构进行组装，如附图1所示方向，左侧为爆震装置头部，右侧为爆震装置尾部，点火装置安装于头部。由于滑动阀门1-4为常开状态，故在上一循环结束后，PDE可正常进气，并喷注燃料。填充过程结束后，头部点火产生的缓燃波经由DDT段产生高压的爆震波及反传波，其中爆震波向尾部发展，而反传波则向头部传播。当爆震波传播到达引流管1-1入口处，引流管1-1入口处压力升高，高压燃气进入引流管1-1，作用于气动活塞1-2，使气动活塞1-2向左移动。气动活塞1-2的运动经传动组件1-3传递至滑动阀门1-4，使滑动阀门1-4向下移动，弹性组件1-5受到压缩。由于弹性组件1-5压缩之后会对滑动阀门1-4产生作用力，随着弹性组件1-5对滑动阀门1-4作用力的增大，滑动阀门1-4停止运动，进气通道完全关闭。在此之后，反传波传播至滑动阀门1-4处，受到滑动阀门1-4阻挡，同时产生推力。随着排气过程的进行，爆震管内压力降低，作用于气动活塞1-2处的气压也随之降低，在弹性组件1-5的作用下，滑动阀门1-4向上移动，进气通道打开。由于此时爆震管内压力已低于环境压力，外界大气进入，吹除及填充过程开始。整个过程自动进行，无需外来动力的干涉。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，包括引流管、气动活塞、传动组件、滑动阀门和弹性组件，其特征在于：引流管安装于爆震管壁面，与爆震管管腔连通；气动活塞以引流管为轨道进行滑动，并通过传动组件与滑动阀门相连；传动组件位于爆震管壁外侧，沿爆震管轴向布置，连接引流管与气动活塞，并可以在二者之间进行传动；滑动阀门位于爆震管头部，可沿爆震管径向滑动，其上下分别通过连杆与传动组件及弹性组件连接；弹性组件位于滑动阀门下方，一端固定，另一端与滑动阀门相连。

【技术特征摘要】
1.一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，包括引流管、气动活塞、传动组件、滑动阀门和弹性组件，其特征在于：引流管安装于爆震管壁面，与爆震管管腔连通；气动活塞以引流管为轨道进行滑动，并通过传动组件与滑动阀门相连；传动组件位于爆震管壁外侧，沿爆震管轴向布置，连接引流管与气动活塞，并可以在二者之间进行传动；滑动阀门位于爆震管头部，可沿爆震管径向滑动，其上下分别通过连杆与传动组件及弹性组件连接；弹性组件位于滑动阀门下方，一端固定，另一端与滑动阀门相连。2.根据权利要求1所述的一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，其特征在于：当爆震管内的爆震波传播至引流管处，引流管入口压力升高，高压气体进入引流管，推动气动活塞，并经由传动组件带动滑动阀门运动，对爆震管头部进行密封，防止反传波及高温燃气从头部逸出；随着排气过程的进行，当引流管入口处压力低于阈值，在弹性组件的作用下，滑动阀门向上打开，向爆震管中填充隔离气体、燃料及氧化剂。3.根据权利要求1所述的一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，其特征在于：所述引流管为一段弯折的细管，分为相互连接的两段，一段与爆震管壁成一定角度，一段与爆震管轴向平行；引流管与爆震管连通，其平行段内径与气动活塞直径相同，长度大于气动活塞直径，可供气动活塞在其中滑动；引流管安装在爆震...

【专利技术属性】
技术研发人员：范玮，迟烨青，何建男，李清安，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61