多室旋转爆轰燃烧器制造技术

本申请涉及一种用于推进系统的旋转爆轰燃烧系统，所述旋转爆轰燃烧系统包括沿周向方向相邻布置的多个燃烧器。每个燃烧器界定延伸穿过每个燃烧器的燃烧器中心线，并且每个燃烧器包括界定燃烧室和燃烧入口的外壁。每个燃烧室由环形间隙和燃烧室长度共同界定，从而界定每个燃烧室的体积。每个燃烧器界定多个喷嘴组件，每个喷嘴组件围绕每个燃烧器中心线以相邻布置设置在燃烧入口处。每个喷嘴组件界定沿长度方向延伸的喷嘴壁、喷嘴入口、喷嘴出口和两者之间的喉部，并且每个喷嘴组件界定合流‑分流喷嘴。燃烧器的第一阵列界定第一体积，而燃烧器的第二阵列界定与第一体积不同的第二体积。

【技术实现步骤摘要】
多室旋转爆轰燃烧器
本主题整体涉及一种推进系统中的连续爆轰系统。
技术介绍
许多诸如燃气涡轮发动机的推进系统都是基于布雷顿循环(BraytonCycle)，其中空气被绝热压缩，在恒定压力下加热，产生的热气体在涡轮机中膨胀，并且在恒定压力下排热。超出驱动压缩系统所需的能量随后可用于推进或其他工作。这种推进系统一般依靠爆燃燃烧(deflagrativecombustion)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通过稳定提高部件效率以及增加压力比和峰值温度而达到了较高水平的热力效率，但仍需进一步改进。因此，通过修改发动机架构使得燃烧以连续或脉冲模式的爆轰形式发生，已经寻求到发动机效率的改进。脉冲模式设计涉及一个或多个爆轰管，而连续模式是基于几何形状，典型地为环形，单个或多个爆轰波在所述几何形状中旋转。对于这两种类型的模式，高能点火皆引爆燃料/空气混合物，进而转变成爆轰波(即，紧密连接到反应区的快速移动冲击波)。爆轰波相对于反应物的声速以大于声速的马赫数范围(例如，4至8马赫)传播。燃烧产物以相对于爆轰波的声速和显著升高的压力跟随爆轰波。此类燃烧产物随后可以通过喷嘴排出以产生推力或旋转涡轮机。然而，具体而言，推进系统和旋转爆轰燃烧系统一般被设计或优化成系统最有效或可操作的特定操作条件或设计点(例如，航空设计点)。在此类设计点之外或超出此类设计点，旋转爆轰燃烧系统可能是无法接受的低效或不可操作的，诸如固定化学计量的胞格尺寸(cellsize)跨压力和温度范围变化大约20倍(例如，从最低操作条件到最高操作条件)，从而限制了旋转爆轰燃烧系统的应用，或者由于设计点过度低效而在某些设计点抵消了旋转爆轰燃烧系统的效率。因此，需要一种跨多个操作条件提供效率和可操作性的推进系统和旋转爆轰燃烧系统。
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轰燃烧系统。旋转爆轰燃烧系统界定径向方向、周向方向和与沿纵向方向延伸的推进系统共同的纵向中心线。旋转爆轰燃烧系统包括沿周向方向相邻布置的多个燃烧器。每个燃烧器界定延伸穿过每个燃烧器的燃烧器中心线，并且每个燃烧器包括界定燃烧室和燃烧入口的外壁。每个燃烧室由环形间隙和燃烧室长度共同界定，从而界定每个燃烧室的体积。每个燃烧器界定多个喷嘴组件，每个喷嘴组件围绕每个燃烧器中心线以相邻布置设置在燃烧入口处。每个喷嘴组件界定沿长度方向延伸的喷嘴壁、喷嘴入口、喷嘴出口和两者之间的喉部，并且每个喷嘴组件界定合流-分流喷嘴。燃烧器的第一阵列界定第一体积，而燃烧器的第二阵列界定与第一体积不同的第二体积。在旋转爆轰燃烧系统的各种实施例中，燃烧器的第一阵列和燃烧器的第二阵列各自沿周向方向交替相邻布置。在一个实施例中，多个燃烧器进一步界定燃烧器的第三阵列或更多个阵列，燃烧器的所述第三阵列或更多个阵列与燃烧器的第一阵列和燃烧器的第二阵列一起沿周向方向交替相邻布置。在又各种实施例中，燃烧器的第一阵列和燃烧器的第二阵列各自沿径向方向相邻布置，并且燃烧器的第一阵列沿周向方向在距纵向中心线第一半径处相邻布置，并且其中燃烧器的第二阵列沿周向方向在距纵向中心线第二半径处相邻布置。在一个实施例中，多个燃烧器进一步界定第三多个燃烧器或更多个燃烧器，所述第三多个燃烧器或更多个燃烧器与燃烧器的第一阵列和燃烧器的第二阵列一起沿径向方向相邻布置，其中第三多个燃烧器或更多个燃烧器中的每一个在距纵向中心线第三半径或更多处以周向布置来界定。在一个实施例中，燃烧器的第一阵列界定第一体积，所述第一体积配置成产生特定于最低稳态操作条件的爆轰胞格宽度。在另一实施例中，燃烧器的第二阵列界定第二体积，所述第二体积配置成产生特定于最高稳态操作条件的爆轰胞格宽度。在又一实施例中，燃烧器的第三阵列界定燃烧室的第三体积，所述第三体积配置成产生特定于中间稳态或瞬态操作条件的爆轰胞格宽度。在各种实施例中，旋转爆轰燃烧系统进一步包括旋转爆轰燃烧器入口，所述旋转爆轰燃烧器入口配置成将氧化剂流引导至燃烧器的多个阵列中的一个或多个。在一个实施例中，旋转爆轰燃烧器入口包括一个或多个铰接入口壁，所述铰接入口壁配置成将氧化剂流引导至燃烧器的阵列。在又各种实施例中，旋转爆轰燃烧系统进一步包括旋转爆轰燃烧器出口，所述旋转爆轰燃烧器出口配置成将燃烧气体流从燃烧器的阵列引导至排气部分。在一个实施例中，旋转爆轰燃烧器出口包括一个或多个铰接出口壁，所述铰接出口壁配置成将燃烧气体流从燃烧器的单个阵列引导至排气部分。在另一实施例中，每个燃烧器包括中心体，所述中心体界定每个燃烧室的内壁；和燃料喷射口，所述燃料喷射口界定位于喷嘴入口与喷嘴出口之间的燃料出口，用于将燃料提供至通过喷嘴入口接收的氧化剂流。在又一实施例中，将旋转爆轰燃烧系统配置成将燃料顺序地提供至燃烧器的多个阵列。本申请进一步涉及一种推进系统，所述推进系统界定径向方向、纵向方向和周向方向，其中纵向中心线沿纵向方向延伸，并且所述推进系统界定上游端和下游端。推进系统包括入口部分，所述入口部分位于氧化剂流入的上游端处。推进系统进一步包括旋转爆轰燃烧系统，所述旋转爆轰燃烧系统位于入口部分的下游；和排气部分，所述排气部分位于旋转爆轰燃烧系统的下游。在推进系统的一个实施例中，旋转爆轰燃烧系统进一步界定燃烧器的第三阵列或更多个燃烧器，其中燃烧器的第三阵列各自界定每个燃烧器的燃烧室的第三体积，并且将第三阵列配置成产生特定于中间稳态或瞬态操作条件的爆轰胞格宽度。在推进系统的另一实施例中，旋转爆轰燃烧系统的燃烧器的第一阵列界定第一体积，所述第一体积配置成产生特定于最低稳态操作条件的爆轰胞格宽度。在又一实施例中，燃烧器的第二阵列界定第二体积，所述第二体积配置成产生特定于最高稳态操作条件的爆轰胞格宽度。在推进系统的又一些实施例中，旋转爆轰燃烧系统进一步包括旋转爆轰燃烧器入口，所述旋转爆轰燃烧器入口配置成将氧化剂流从入口部分引导至燃烧器的多个阵列中的一个或多个。在推进系统的又一实施例中，旋转爆轰燃烧系统进一步包括旋转爆轰燃烧器出口，所述旋转爆轰燃烧器出口配置成将燃烧气体流从燃烧器的阵列引导至排气部分。具体地，本申请技术方案1涉及一种用于推进系统的旋转爆轰燃烧系统，所述旋转爆轰燃烧系统界定径向方向、周向方向和与沿纵向方向延伸的所述推进系统共同的纵向中心线，所述旋转爆轰燃烧系统包括：多个燃烧器，所述多个燃烧器沿所述周向方向相邻布置，其中每个燃烧器界定延伸穿过每个燃烧器的燃烧器中心线，并且其中每个燃烧器包括界定燃烧室和燃烧入口的外壁，其中每个燃烧室由环形间隙和燃烧室长度共同界定，从而界定每个燃烧室的体积，并且进一步地其中每个燃烧室界定多个喷嘴组件，每个所述喷嘴组件围绕每个燃烧室中心线以相邻布置设置在所述燃烧入口处，并且其中每个喷嘴组件界定沿长度方向延伸的喷嘴壁、喷嘴入口、喷嘴出口和两者之间的喉部，其中每个喷嘴组件界定合流-分流喷嘴，并且其中燃烧器的第一阵列界定第一体积，而燃烧器的第二阵列界定与所述第一体积不同的第二体积。本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的旋转爆轰燃烧系统，其中所述燃烧器的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于推进系统的旋转爆轰燃烧系统，所述旋转爆轰燃烧系统界定径向方向、周向方向和与沿纵向方向延伸的所述推进系统共同的纵向中心线，所述旋转爆轰燃烧系统包括：多个燃烧器，所述多个燃烧器沿所述周向方向相邻布置，其中每个燃烧器界定延伸穿过每个燃烧器的燃烧器中心线，并且其中每个燃烧器包括界定燃烧室和燃烧入口的外壁，其中每个燃烧室由环形间隙和燃烧室长度共同界定，从而界定每个燃烧室的体积，并且进一步地其中每个燃烧室界定多个喷嘴组件，每个所述喷嘴组件围绕每个燃烧室中心线以相邻布置设置在所述燃烧入口处，并且其中每个喷嘴组件界定沿长度方向延伸的喷嘴壁、喷嘴入口、喷嘴出口和两者之间的喉部，其中每个喷嘴组件界定合流‑分流喷嘴，并且其中燃烧器的第一阵列界定第一体积，而燃烧器的第二阵列界定与所述第一体积不同的第二体积。

【技术特征摘要】
2017.06.09 US 15/6182891.一种用于推进系统的旋转爆轰燃烧系统，所述旋转爆轰燃烧系统界定径向方向、周向方向和与沿纵向方向延伸的所述推进系统共同的纵向中心线，所述旋转爆轰燃烧系统包括：多个燃烧器，所述多个燃烧器沿所述周向方向相邻布置，其中每个燃烧器界定延伸穿过每个燃烧器的燃烧器中心线，并且其中每个燃烧器包括界定燃烧室和燃烧入口的外壁，其中每个燃烧室由环形间隙和燃烧室长度共同界定，从而界定每个燃烧室的体积，并且进一步地其中每个燃烧室界定多个喷嘴组件，每个所述喷嘴组件围绕每个燃烧室中心线以相邻布置设置在所述燃烧入口处，并且其中每个喷嘴组件界定沿长度方向延伸的喷嘴壁、喷嘴入口、喷嘴出口和两者之间的喉部，其中每个喷嘴组件界定合流-分流喷嘴，并且其中燃烧器的第一阵列界定第一体积，而燃烧器的第二阵列界定与所述第一体积不同的第二体积。2.根据权利要求1所述的旋转爆轰燃烧系统，其中所述燃烧器的第一阵列和所述燃烧器的第二阵列各自沿所述周向方向交替相邻布置。3.根据权利要求2所述的旋转爆轰燃烧系统，其中所述多个燃烧器进一步界定燃烧器的第三阵列或更多个阵列，所述燃烧器的第三阵列或更多个阵列与所述燃烧器的第一阵列和所述燃烧器的第二阵列一起沿所述周向方向交替相邻布置。4.根据权利要求1所述的旋转爆轰燃烧系统，其中所述燃烧器的第一阵列和所述燃烧器的第二阵列各自沿所述径向方向相邻布置，并且所述燃烧器的第一阵列沿所述周向方向在距所述纵向中心线第一半径处相邻布置，并且其中所述燃烧器的第二阵列沿所述周向方向在距所述纵向中心线第二半径处相邻布置。5.根据权利要求4所述的旋转爆轰燃烧系统，其中所述多个燃烧器进一步界定第三多个或更多个燃烧器，所述第三多个或更多个燃烧器与所述燃烧器的第一阵列和所述燃烧器的第二阵列一起沿所述径向方向相邻布置，并且其...

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