环形喉道旋转爆震燃烧器和相应的推进系统技术方案

本申请公开了一种用于推进系统的旋转爆震燃烧系统，所述旋转爆震燃烧系统限定径向、周向以及与沿纵向延伸的所述推进系统所共有的纵向中心线。所述旋转爆震燃烧系统包括环形外壁和环形内壁，所述环形外壁和环形内壁各自大体上与所述纵向中心线同心，并且共同至少部分限定燃烧室和燃烧室入口。所述外壁和所述内壁共同限定所述燃烧室入口处与所述纵向中心线同心的环形喷嘴。所述喷嘴限定纵长方向，并且沿所述纵长方向在喷嘴入口与喷嘴出口之间延伸，并且所述喷嘴入口配置成接收氧化剂流。本申请还公开了一种推进系统。

【技术实现步骤摘要】
环形喉道旋转爆震燃烧器和相应的推进系统
本专利技术主题大体上涉及一种用于推进系统中的连续爆震(continuousdetonation)系统。
技术介绍
许多推进系统，例如燃气涡轮发动机均基于布雷顿循环(BraytonCycle)，其中空气以绝热方式压缩、在恒定压力下加热、产生的热气在涡轮中膨胀，并且在恒定压力下排热。之后，可将超出驱动压缩系统所需之外的能量用于推进或其他工作。所述推进系统大体上依赖于爆燃来燃烧燃料空气混合物并且产生在燃烧室内以相对低速和恒定压力行进的燃烧气体产物。尽管基于布雷顿循环的发动机已经通过稳定提高部件效率以及提高压力比和峰值温度而达到了较高的热力效率水平，但仍需进一步改进。因此，现已致力于通过改变发动机结构以使得燃烧在连续或脉冲模式下以爆震形式发生来提高发动机效率。脉冲模式设计涉及一个或多个爆震管，而连续模式基于容纳单个或多个爆震波在其中旋转的几何形状，通常为环状。对于这两种模式，高能点火会引爆燃料空气混合物，进而转变成爆震波(即紧密连通到反应区域的快速移动冲击波)。相对于反应物的声速，爆震波以大于声速的马赫数范围(例如4到8马赫)行进。燃烧产物以相对于爆震波的声速和显著升高的压力紧随爆震波行进。所述燃烧产物之后可以通过喷嘴排出以产生推力或使涡轮旋转。对于各种旋转爆震系统，防止回流到旋转爆震区上游的较低压力区域的任务已经通过向燃烧室内提供急剧压力降而得到了解决。但是，这可能会降低旋转爆震燃烧系统的效率优势。因此，能够解决这些问题而不在燃烧室中提供急剧压力降的旋转爆震燃烧系统将是有用的。此外，需要提供低压力降操作的旋转爆震燃烧系统。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将部分地在以下说明中阐明，或根据所述说明可显而易见，或可以通过实践本专利技术了解到。本申请涉及一种用于推进系统的旋转爆震燃烧系统，所述旋转爆震燃烧系统限定径向、周向以及与沿纵向延伸的所述推进系统所共有的纵向中心线。所述旋转爆震燃烧系统包括环形外壁和环形内壁，所述环形外壁和环形内壁各自大体上与所述纵向中心线同心，并且共同至少部分限定燃烧室和燃烧室入口。所述外壁和所述内壁共同限定所述燃烧室入口处与所述纵向中心线同心的环形喷嘴。所述喷嘴限定纵长方向，并且沿所述纵长方向在喷嘴入口与喷嘴出口之间延伸，并且所述喷嘴入口构造成接收氧化剂流。所述喷嘴进一步限定介于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的喉道。所述旋转爆震燃烧系统进一步包括位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的燃料喷射口，所述燃料喷射口限定燃料出口，以用于向通过所述喷嘴入口接收的所述氧化剂流提供燃料。在各种实施例中，所述旋转爆震燃烧系统进一步包括环形中间壁，所述环形中间壁沿所述径向设置在所述外壁与所述内壁之间，并且大体上与所述纵向中心线同心。所述外壁、所述中间壁和所述内壁共同限定大体上与所述纵向中心线同心的多个环形喷嘴。每个喷嘴限定介于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的喉道。在一个实施例中，所述旋转爆震燃烧系统限定多个环形中间壁，每个环形中间壁设置在所述环形外壁与所述环形内壁之间，其中一个或多个环形喷嘴由一对中间壁限定。在另一个实施例中，所述多个环形喷嘴沿所述径向以相邻布置方式设置，并且大体上与所述纵向中心线同心。在所述旋转爆震燃烧系统的各种实施例中，所述喷嘴限定会聚-扩张型喷嘴。在一个实施例中，所述燃料喷射口设置在所述喷嘴的喉道处或其下游。在一个实施例中，所述燃料喷射口的燃料出口定位在所述喷嘴的喉道处，或者沿所述喷嘴的纵长方向定位在所述喷嘴的喉道的下游。在又一些各种实施例中，所述旋转爆震燃烧系统进一步包括支柱，所述支柱大体上沿所述径向延伸并且连接到所述外壁、所述内壁以及介于它们之间的一个或多个中间壁。在一个实施例中，所述支柱限定内部通道，所述内部通道构造成与所述燃料喷射口流体连通，其中所述内部通道向所述燃料喷射口提供流体。在另一个实施例中，所述支柱沿所述周向相对于所述纵向中心线成角度设置。所述支柱限定翼型件，所述翼型件构造成沿所述周向引发所述氧化剂的旋涡。在又一个实施例中，所述支柱限定多个内部通道，每个内部通道构造成与由所述外壁、所述一个或多个中间壁以及所述内壁限定的每个喷嘴独立流体连通。在各种实施例中，所述一个或多个中间壁各自延伸到所述燃烧出口以限定多个燃烧室。在一个实施例中，所述多个燃烧室限定多个容积，所述多个容积构造成产生特定于一个或多个推进系统操作条件的爆震单元高度。在又一些其他实施例中，限定在所述外壁与所述中间壁之间的所述喷嘴限定相对于所述纵向的第一角，并且其中限定在所述内壁与所述中间壁之间的所述喷嘴限定相对于所述纵向的第二角，所述第二角与所述第一角不同。在又一个实施例中，所述旋转爆震燃烧系统进一步限定环形中心面，所述环形中心面沿纵长方向延伸，并且沿所述周向延伸穿过每个喷嘴的喉道。所述喷嘴的纵长方向与所述中心面相交，并且限定相对于所述中心面的角，所述角介于约四十五度与约负四十五度之间。本申请进一步涉及一种推进系统，所述推进系统限定径向、纵向和周向。所述纵向中心线沿所述纵向延伸。所述推进系统限定上游端和下游端。所述推进系统包括：位于所述上游端处的入口，其中所述氧化剂流入所述入口；位于所述下游端处的排气喷嘴；以及设置在所述入口与所述排气喷嘴之间的旋转爆震燃烧系统。所述旋转爆震燃烧系统包括环形外壁和环形内壁，所述环形外壁和环形内壁各自大体上与所述纵向中心线同心，并且共同至少部分限定燃烧室和燃烧室入口。所述外壁和所述内壁共同限定所述燃烧室入口处与所述纵向中心线同心的环形喷嘴。所述喷嘴限定纵长方向，并且沿所述纵长方向在喷嘴入口与喷嘴出口之间延伸。所述喷嘴入口构造成接收氧化剂流。所述喷嘴进一步限定介于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的喉道。所述旋转爆震燃烧系统进一步包括位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的燃料喷射口，所述燃料喷射口限定燃料出口，以用于向通过所述喷嘴入口接收的所述氧化剂流提供燃料。在所述推进系统的一个实施例中，所述旋转爆震燃烧系统进一步包括一个或多个环形中间壁，所述一个或多个环形中间壁沿所述径向设置在所述外壁与所述内壁之间并且大体上与所述纵向中心线同心，其中所述外壁、一个或多个所述中间壁和所述内壁共同限定多个环形喷嘴，所述多个环形喷嘴沿所述径向以相邻布置方式设置并且大体上与所述纵向中心线同心，并且其中每个喷嘴限定位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的所述喉道。在另一个实施例中，所述旋转爆震燃烧系统进一步限定环形中心面，所述环形中心面沿纵长方向延伸并且沿所述周向延伸穿过每个喷嘴的喉道，并且其中所述喷嘴的所述纵长方向与所述中心面相交，并且限定相对于所述中心面的角，所述角介于约四十五度与约负四十五度之间。在所述推进系统的另一个实施例中，所述旋转爆震燃烧系统进一步包括支柱，所述支柱大体上沿所述径向延伸并且连接到所述外壁、所述内壁以及介于它们之间的一个或多个中间壁。在推进系统的又一个实施例中，所述支柱限定多个内部通道，每个内部通道构造成与由所述外壁、所述一个或多个中间壁以及所述内壁限定的每个喷嘴独立流体连通。参考以下具体说明和所附权利要求书可以更好地理解本专利技术的这些以及其他特征、方面和优点。附图并入本说明书并构成本说明书的一部分，所述附图图示了本专利技术的实施例，并与说明书一起用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于推进系统的旋转爆震燃烧系统，所述旋转爆震燃烧系统限定径向、周向以及与沿纵向延伸的所述推进系统所共有的纵向中心线，所述旋转爆震燃烧系统包括：环形外壁和环形内壁，所述环形外壁和环形内壁中的每一者各自大体上与所述纵向中心线同心并且共同地至少部分限定燃烧室和燃烧室入口，其中所述外壁和所述内壁共同限定所述燃烧室入口处与所述纵向中心线同心的环形喷嘴，所述喷嘴限定纵长方向并且沿所述纵长方向在喷嘴入口与喷嘴出口之间延伸，所述喷嘴入口构造成接收氧化剂流，并且其中所述喷嘴进一步限定所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的喉道；以及位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的燃料喷射口，所述燃料喷射口限定燃料出口，以用于向通过所述喷嘴入口接收的所述氧化剂流提供燃料。

【技术特征摘要】
2017.06.09 US 15/6184951.一种用于推进系统的旋转爆震燃烧系统，所述旋转爆震燃烧系统限定径向、周向以及与沿纵向延伸的所述推进系统所共有的纵向中心线，所述旋转爆震燃烧系统包括：环形外壁和环形内壁，所述环形外壁和环形内壁中的每一者各自大体上与所述纵向中心线同心并且共同地至少部分限定燃烧室和燃烧室入口，其中所述外壁和所述内壁共同限定所述燃烧室入口处与所述纵向中心线同心的环形喷嘴，所述喷嘴限定纵长方向并且沿所述纵长方向在喷嘴入口与喷嘴出口之间延伸，所述喷嘴入口构造成接收氧化剂流，并且其中所述喷嘴进一步限定所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的喉道；以及位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的燃料喷射口，所述燃料喷射口限定燃料出口，以用于向通过所述喷嘴入口接收的所述氧化剂流提供燃料。2.根据权利要求1所述的旋转爆震燃烧系统，进一步包括：环形中间壁，所述环形中间壁沿所述径向设置在所述外壁与所述内壁之间并且大体上与所述纵向中心线同心，其中所述外壁、所述中间壁和所述内壁共同限定大体上与所述纵向中心线同心的多个环形喷嘴，并且其中每个喷嘴限定位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的所述喉道。3.根据权利要求2所述的旋转爆震燃烧系统，进一步包括：支柱，所述支柱大体上沿所述径向延伸并且连接到所述外壁、所述内壁以及介于它们之间的所述一个或多个中间壁。4.根据权利要求3所述的旋转爆震燃烧系统，其中所述支柱限定内部通道，所述内部通道构造成与所述燃料喷射口流体连通，其中所述内部通道向所述燃料喷射口提供流体。5.根据权利要求1所述的旋转爆震燃烧系统，其中所述旋转爆震燃烧系统进一步限定环形中心面，所述环形中心面沿纵长方向延伸并且沿所述周向延伸穿过每个喷嘴的喉道，并且其中所述喷嘴的纵长方向与所述中心面相交，并且限定相对于所述中心面的角，所述角介于约四十五度与约负四十五度之间。6.一种推进系统，所述推进系统限定径向、纵向和周向，其中纵向中心线沿所述纵向...

【专利技术属性】
技术研发人员：S帕尔，J泽利纳，AW约翰逊，CS库珀，SC维斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US