具有流体二极管结构的旋转爆震燃烧器制造技术

本发明专利技术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，旋转爆震燃烧系统包括：外壁和内壁，共同地至少部分限定燃烧室和燃烧室入口；喷嘴，位于燃烧室入口处并且由喷嘴壁限定，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，喷嘴入口配置成接收氧化剂流，喷嘴进一步限定位于所述喷嘴入口与喷嘴出口之间的喉道，并且其中喷嘴限定会聚‑扩张型喷嘴，并且喷嘴壁的扩张部分限定流体二极管；以及燃料喷射口，燃料喷射口限定位于喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的燃料出口，以用于向通过喷嘴入口接收的氧化剂流提供燃料。

【技术实现步骤摘要】
具有流体二极管结构的旋转爆震燃烧器
本专利技术主题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都是基于布雷顿循环(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架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的快速移动的冲击波)。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。随后，燃烧产物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对燃烧室内提供急剧压降的旋转爆震燃烧系统将是有用的。此外，需要提供低压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，或者根据所述说明可显而易见，或者可以通过实施本专利技术而获得。本公开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：外壁和内壁，所述外壁和内壁共同地至少部分限定燃烧室和燃烧室入口；喷嘴，所述喷嘴位于所述燃烧室入口处并且由喷嘴壁限定，所述喷嘴限定纵长方向(lengthwisedirection)并且沿所述纵长方向在喷嘴入口与喷嘴出口之间延伸，所述喷嘴入口配置成接收氧化剂流，所述喷嘴进一步限定位于所述喷嘴入口与喷嘴出口之间的喉道(throat)，其中所述喷嘴限定会聚-扩张型喷嘴(converging-divergingnozzle)，并且所述喷嘴壁的扩张部分(divergingsection)限定流体二极管(fluiddiode)；以及燃料喷射口，所述燃料喷射口限定位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的燃料出口，以用于向通过所述喷嘴入口接收的氧化剂流提供燃料。在各种实施例中，流体二极管限定波形，所述波形配置成抑制由燃料氧化剂混合物的爆震而引发的压力波向上游传播。在一个实施例中，所述波形是锯齿波形、矩形波形、三角波形、正弦波形或其组合。在各种实施例中，所述波形是锯齿波形、三角波形或其组合，并且其中所述波形限定波形角，并且其中所述波形角相对于所述纵向中心线在约0度与约90度之间延伸。在又一个实施例中，所述波形角相对于所述纵向中心线在约45度与约90度之间延伸。在一个实施例中，所述流体二极管限定蜂窝式图案。在另一个实施例中，所述流体二极管沿所述纵向沿所述外壁和所述内壁中的至少一者不对称。在各种实施例中，所述喷嘴的所述外壁和所述内壁中的至少一者的会聚部分限定流体二极管。在一个实施例中，所述波形是锯齿波形、三角波形或其组合，并且其中所述波形限定波形角，并且其中所述波形角相对于所述纵向中心线在约0度与约90度之间延伸。在另一个实施例中，所述喷嘴的扩张部分限定在所述喷嘴的所述喉道与所述喷嘴出口之间位于所述外壁和所述内壁上，并且其中所述外壁和所述内壁中的一者或多者限定所述流体二极管。在一个实施例中，会聚部分限定在所述喷嘴的所述喷嘴入口与所述喉道之间位于所述喷嘴壁上，并且其中所述流体二极管限定在所述喷嘴壁的所述会聚部分上。在各种实施例中，所述喷嘴配置成沿所述周向以阵列形式布置的多个喷嘴中的一个喷嘴。在一个实施例中，所述多个喷嘴包括沿径向以相邻布置设置的多个喷嘴阵列，其中每个阵列配置成所述推进系统的至少一个操作状态。在另一个实施例中，所述外壁和内壁是环形的并且各自大体上与所述纵向中心线同心，并且其中所述外壁和所述内壁共同地将所述喷嘴壁限定成与所述纵向中心线同心的环形结构。在又一个实施例中，所述流体二极管沿所述周向沿所述外壁和所述内壁中的至少一者不对称。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，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。在一个实施例中，所述环形中间壁至少部分限定所述喷嘴的扩张部分，其中所述扩张部分限定流体二极管。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设置并且大体上与所述纵向中心线同心。在一个实施例中，所述喷嘴限定喷嘴长度，其中所述燃料喷射口的所述燃料出口定位在所述喷嘴的所述喉道处或者沿所述纵长方向从所述喷嘴的所述喉道起的缓冲距离内，其中所述缓冲距离是所述喷嘴长度的百分之十。在另一个实施例中，所述流体二极管至少限定在所述缓冲距离的下游。参考以下说明和所附权利要求书将更好地理解本专利技术的这些和其他特征、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，并与本说明书一起用于解释本专利技术的原理。附图说明本说明书参考附图、针对所属领域中的普通技术人员以完整且可实现的方式公开本专利技术，包括本专利技术的最佳模式，在附图中：图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意图；图2是根据本公开的示例性实施例的旋转爆震燃烧系统的侧视截面图；图3是图2所示的示例性旋转爆震燃烧系统的燃烧室的透视图；图4是根据本公开的示例性实施例的图2所示的示例性旋转爆震燃烧系统的特写侧视截面图；图5是根据本公开的示例性实施例的图2所示的示例性旋转爆震燃烧系统的特写侧视截面图；图6是根据本公开的示例性实施例的图2所示的示例性旋转爆震燃烧系统的特写侧视截面图；图7是根据本公开的示例性实施例的图2所示的示例性旋转爆震燃烧系统的特写侧视截面图；图8是根据本公开的示例性实施例的图2所示的示例性旋转爆震燃烧系统的特写侧视截面图；图9是根据本公开的示例性实施例的图2所示的示例性旋转爆震燃烧系统的特写侧视截面图；图10是图2所示的示例性旋转爆震燃烧系统的特写侧视截面图；图11是图2所示旋转爆震燃烧系统的示例性实施例的轴向图；以及图12是图2所示旋转爆震燃烧系统的另一个示例性实施例的轴向图。具体实施方式现在将详细参考本专利技术的实施例，所述实施例的一个或多个示例如附图中所示。具体实施方式中使用数字和字母标识来指代附图中的特征。附图和说明书中类似或相同的标识用于指代本专利技术的类似或相同部分。本说明书中所用的术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件进行区分，并不旨在表示各个部件的位置或重要性。术语“前”和“后”是指本文档来自技高网...

【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：外壁和内壁，所述外壁和内壁共同地至少部分限定燃烧室和燃烧室入口；位于由喷嘴壁限定的所述燃烧室入口处的喷嘴，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，所述喷嘴入口配置成接收氧化剂流，所述喷嘴进一步限定位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的喉道，并且其中所述喷嘴限定会聚‑扩张型喷嘴，其中所述喷嘴壁的扩张部分限定流体二极管；以及燃料喷射口，所述燃料喷射口限定燃料出口，所述燃料出口定位在所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间处，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 15/6185751.一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：外壁和内壁，所述外壁和内壁共同地至少部分限定燃烧室和燃烧室入口；位于由喷嘴壁限定的所述燃烧室入口处的喷嘴，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，所述喷嘴入口配置成接收氧化剂流，所述喷嘴进一步限定位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的喉道，并且其中所述喷嘴限定会聚-扩张型喷嘴，其中所述喷嘴壁的扩张部分限定流体二极管；以及燃料喷射口，所述燃料喷射口限定燃料出口，所述燃料出口定位在所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间处，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，其中所述流体二极管限定波形，所述波形配置成抑制由于燃料氧化剂混合物的爆震而引发的压力波向上游传播。3.根据权利要求2所述的旋转爆震燃烧系统，其中所述波形是锯齿波形、矩形波形、三角波...

【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