本发明专利技术提出了一种低能量点火起始爆震波的装置，包括预爆室、主爆震室与活塞弹簧作动系统。预爆室由腔体、氧气与易爆燃料喷注装置、低能量脉冲点火器组成，预爆室壁面开有两个引流孔；主爆震室将预爆室包围其中，其壁面开有两个活塞作动孔，与上述引流孔位置对应、孔径相同；活塞弹簧作动系统布置于引流孔外侧，由活塞、弹簧、连接柱、限位块以及保护套筒组成，活塞紧贴引流孔与活塞作动孔的孔壁作上下平移运动。本发明专利技术通过调整活塞内外侧压力之差与弹簧弹力的相对大小，控制预爆室与主爆震室之间的联通与隔离；预爆室内纯氧与易爆燃料低能量点火产生的爆震波通过活塞上移后开启的引流孔传入主爆震室，从而在主爆震室的可爆混合物中起始爆震波。
【技术实现步骤摘要】
一种低能量点火起始爆震波的装置
本专利技术涉及爆震发动机
，具体为一种低能量点火起始爆震波的装置。
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、高压燃气来获得推力的动力装置。短距、快速起始爆震波可以提高PDE的工作频率，从而提升性能；同时，亦可缩短PDE爆震室的轴向长度，从而提高推重比。以低能量点火在极短的距离内产生频率可控的且充分发展的两相脉冲爆震波，是PDE重要的关键技术。爆震波的起始通常有两种方法：直接起爆和间接起爆。直接起爆往往需要巨大的起爆能量，因此在工程应用中很难使用。在常规尺度的PDE中，通常采用缓燃向爆震转变(DeflagrationtoDetonationTransition，简称DDT)的方法或者常规预爆管来间接起始爆震波。其中，用DDT方法起始爆震波需要较长的时间和距离，若采用Shchelkin螺旋等DDT增强装置，则不可避免地会对未燃混合物的填充以及已燃混气的排放造成一定的阻碍，增加了流动损失，降低发动机的效率，限制了PDE工作频率和性能的提高。若用常规预爆管起爆同样需要较长的轴向距离，且液态燃料在小内径的预爆管中会造成严重的附壁，工作效率较低，限制了该方法的工程应用。
技术实现思路
要解决的技术问题当前PDE所采用的爆震波起始方法存在着占用时间多、需要的轴向距离长、流动损失大、液态燃料附壁等问题，限制了PDE工作频率的提高，增大了机身的体积与重量，使PDE性能受到影响。为了克服这些不足，本专利技术提出了一种低能量点火起始爆震波的装置，可以利用气相或液相的易爆燃料与纯氧，在较短的时间和距离下，通过预爆室内的低能量点火间接起始爆震波，从而提升PDE的性能。技术方案本专利技术的技术方案为：所述一种低能量点火起始爆震波的装置，由预爆室、主爆震室与活塞弹簧作动系统组成，其特征在于：所述预爆室由预爆室腔体1-1、氧气喷注装置1-2、易爆燃料喷注装置1-3，以及低能量脉冲点火器1-4构成；所述预爆室腔体1-1的外观近似呈正四棱柱，且该正四棱柱的高与底面正方形边长之比(类似于预爆管长径比)在1：1到2：1之间；所述氧气喷注装置1-2、易爆燃料喷注装置1-3与低能量脉冲点火器1-4安装于预爆室腔体1-1的头部壁面；所述预爆室腔体1-1的上下壁面对称开有两个引流孔1-5，引流孔1-5使得预爆室腔体1-1可以在活塞弹簧作动系统打开时与主爆震室内腔2-2相通；所述主爆震室外观近似呈圆柱体，将预爆室腔体1-1包围在内；所述主爆震室壁面2-1上开有两个活塞作动孔2-3与四个连接柱通孔2-4；所述活塞作动孔2-3与上述预爆室引流孔1-5的位置一一对应，孔径相同，该孔径应大于主爆震室反应物所对应的爆震临界管径，每一个活塞作动孔2-3周围对称布置两个连接柱通孔2-4，三个孔中心的连线与主爆震室轴线共面；所述活塞弹簧作动系统布置于预爆室腔体引流孔1-5外侧，由活塞3-1、弹簧3-2、连接柱3-3、弹簧限位块3-4以及弹簧保护套筒3-5组成；所述活塞3-1的横截面呈圆形，纵切面呈“T”字型，可分为同轴的活塞上方圆柱体3-1-1与活塞下方圆柱体3-1-2两部分，活塞3-1内部采用空心设计，通过减重来减少惯性对作动系统的影响；所述活塞下方圆柱体3-1-2从预爆室引流孔1-5与主爆震室壁面活塞作动孔2-3中穿过，紧贴两孔壁作上下平移运动，其横截面直径等于预爆室引流孔1-5的直径与主爆震室壁面活塞作动孔2-3的直径，其纵向长度为活塞作动孔2-3处主爆震室壁面2-1外侧到引流孔1-5处预爆室腔体1-1壁面内侧最长纵向距离的1.0-1.15倍；所述活塞上方圆柱体3-1-1随活塞下方圆柱体3-1-2做上下平移运动，一个活塞上方圆柱体3-1-1在主爆震室壁面2-1上的纵向投影应覆盖同一套作动系统对应的两个连接柱通孔2-4；所述连接柱3-3上端与活塞上方圆柱体3-1-1的下底面相连，垂直穿过主爆震室壁面连接柱通孔2-4后，下端套入弹簧3-2，并与弹簧限位块3-4相连；所述弹簧3-2上端连接主爆震室壁面2-1，下端连接弹簧限位块3-4；所述弹簧限位块3-4横截面直径应大于连接柱通孔2-4直径；所述弹簧3-2与弹簧限位块3-4嵌入弹簧保护套筒3-5中，与主爆震室内腔2-2隔离；所述连接柱3-3、弹簧限位块3-4的纵向长度与预爆室腔体1-1侧壁面厚度之和应等于活塞下方圆柱体3-1-2的纵向长度；所述弹簧保护套筒3-5呈空心圆柱体，横截面呈圆环形，将弹簧3-2、弹簧限位块3-4包裹于其内部，上端连接主爆震室壁面2-1内侧，下端连接预爆室腔体1-1壁面外侧，其横截面圆环内径应大于弹簧限位块3-4的横截面直径，可以将弹簧3-2、弹簧限位块3-4与主爆震室内腔2-2中的物质相隔离。所述一种低能量点火起始爆震波的装置，其特征在于：所述活塞弹簧作动系统处于关闭状态时，各作动机构位于下止点，如图1及图2所示；此时，所述弹簧3-2处于中度压缩状态；所述弹簧限位块3-4下底面紧贴预爆室腔体1-1壁面外侧；所述活塞下方圆柱体3-1-2堵住预爆室引流孔1-5与主爆震室壁面活塞作动孔2-3，使预爆室腔体1-1、主爆震室内腔2-2与外界大气环境三者相互隔绝。所述一种低能量点火起始爆震波的装置，其特征在于：所述活塞弹簧作动系统处于完全开启状态时，各作动机构向外平移至上止点，如图3及图4所示；此时，所述弹簧3-2处于完全压缩状态；所述活塞下方圆柱体3-1-2仅堵住主爆震室壁面活塞作动孔2-3，使得预爆室引流孔1-5由堵塞变为畅通，预爆室腔体1-1产生的爆震波可以传至主爆震室内腔2-2。所述一种低能量点火起始爆震波的装置，其特征在于：在爆震循环开始之前，活塞弹簧作动系统处于关闭状态；通过氧气喷注装置1-2、易爆燃料喷注装置1-3向预爆室腔体1-1中喷注纯氧与易爆燃料；通过低能量脉冲点火器1-4在封闭的预爆室腔体1-1中起始爆震波，爆震波后的压力急剧升高，提高了预爆室腔体1-1的压力；在关闭状态下，活塞3-1内表面的压力等于预爆室腔体1-1中的压力；活塞3-1内外表面的巨大压力差使活塞3-1向外侧平移，引流孔1-5开启，使活塞弹簧作动系统由关闭状态转换为开启状态；爆震波通过开启的引流孔1-5传入主爆震室内腔2-2，并在主爆震室内腔2-2的可爆混合物中起始新的爆震波；如图3及图4所示，爆震波沿图中箭头的指示方向传播；活塞3-1在内外表面巨大压力差的作用下，通过连接柱3-3带动弹簧限位块3-4继续向外侧移动，使得弹簧3-2进一步压缩；当弹簧3-2达到完全压缩状态，各作动机构停止向外侧平移，此时，活塞弹簧作动系统处于完全开启状态；当主爆震室内腔2-2中的爆震循环进行到排气阶段，预爆室腔体1-1与主爆震室内腔2-2中高温高压燃烧产物的排出使得活塞3-1内表面的压力逐渐降低，其内外两侧表面的压力差也逐渐减小；当活塞3-1内外两侧的压力差减小到小于弹簧3-2完全压缩状态的弹力时，各作动机构由于弹簧3-2弹力的作用开始向内侧同步平移，直到作动系统重新回到关闭状态。至此，完成一个工作循环。所述一种低能量点火起始爆震波的装置，其特征在于：所述活塞弹簧作动系统应采用轻质、耐高温、高强度材料；在作动系统作动期间，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.所述一种低能量点火起始爆震波的装置，由预爆室、主爆震室与活塞弹簧作动系统组成，其特征在于：所述预爆室由预爆室腔体(1‑1)、氧气喷注装置(1‑2)、易爆燃料喷注装置(1‑3)，以及低能量脉冲点火器(1‑4)构成；所述预爆室腔体(1‑1)的外观近似呈正四棱柱，且该正四棱柱的高与底面正方形边长之比(类似于预爆管长径比)在1：1到2：1之间；所述氧气喷注装置(1‑2)、易爆燃料喷注装置(1‑3)与低能量脉冲点火器(1‑4)安装于预爆室腔体(1‑1)的头部壁面；所述预爆室腔体(1‑1)的上下壁面对称开有两个引流孔(1‑5)，引流孔(1‑5)使得预爆室腔体(1‑1)可以在活塞弹簧作动系统打开时与主爆震室内腔(2‑2)相通；所述主爆震室外观近似呈圆柱体，将预爆室腔体(1‑1)包围在内；所述主爆震室壁面(2‑1)上开有两个活塞作动孔(2‑3)与四个连接柱通孔(2‑4)；所述活塞作动孔(2‑3)与上述预爆室引流孔(1‑5)的位置一一对应，孔径相同，该孔径应大于主爆震室反应物所对应的爆震临界管径，每一个活塞作动孔(2‑3)周围对称布置两个连接柱通孔(2‑4)，三个孔中心的连线与主爆震室轴线共面；所述活塞弹簧作动系统布置于预爆室腔体引流孔(1‑5)外侧，由活塞(3‑1)、弹簧(3‑2)、连接柱(3‑3)、弹簧限位块(3‑4)以及弹簧保护套筒(3‑5)组成；所述活塞(3‑1)的横截面呈圆形，纵切面呈“T”字型，可分为同轴的活塞上方圆柱体(3‑1‑1)与活塞下方圆柱体(3‑1‑2)两部分，活塞(3‑1)内部采用空心设计，通过减重来减少惯性对作动系统的影响；所述活塞下方圆柱体(3‑1‑2)从预爆室引流孔(1‑5)与主爆震室壁面活塞作动孔(2‑3)中穿过，紧贴两孔壁作上下平移运动，其横截面直径等于预爆室引流孔(1‑5)的直径与主爆震室壁面活塞作动孔(2‑3)的直径，其纵向长度为活塞作动孔(2‑3)处主爆震室壁面(2‑1)外侧到引流孔(1‑5)处预爆室腔体(1‑1)壁面内侧最长纵向距离的1.0‑1).15倍；所述活塞上方圆柱体(3‑1‑1)随活塞下方圆柱体(3‑1‑2)做上下平移运动，一个活塞上方圆柱体(3‑1‑1)在主爆震室壁面(2‑1)上的纵向投影应覆盖同一套作动系统对应的两个连接柱通孔(2‑4)；所述连接柱(3‑3)上端与活塞上方圆柱体(3‑1‑1)的下底面相连，垂直穿过主爆震室壁面连接柱通孔(2‑4)后，下端套入弹簧(3‑2)，并与弹簧限位块(3‑4)相连；所述弹簧(3‑2)上端连接主爆震室壁面(2‑1)，下端连接弹簧限位块(3‑4)；所述弹簧限位块(3‑4)横截面直径应大于连接柱通孔(2‑4)直径；所述弹簧(3‑2)与弹簧限位块(3‑4)嵌入弹簧保护套筒(3‑5)中，与主爆震室内腔(2‑2)隔离；所述连接柱(3‑3)、弹簧限位块(3‑4)的纵向长度与预爆室腔体(1‑1)侧壁面厚度之和应等于活塞下方圆柱体(3‑1‑2)的纵向长度；所述弹簧保护套筒(3‑5)呈空心圆柱体，横截面呈圆环形，将弹簧(3‑2)、弹簧限位块(3‑4)包裹于其内部，上端连接主爆震室壁面(2‑1)内侧，下端连接预爆室腔体(1‑1)壁面外侧，其横截面圆环内径应大于弹簧限位块(3‑4)的横截面直径，可以将弹簧(3‑2)、弹簧限位块(3‑4)与主爆震室内腔(2‑2)中的物质相隔离。...
【技术特征摘要】
1.所述一种低能量点火起始爆震波的装置，由预爆室、主爆震室与活塞弹簧作动系统组成，其特征在于：所述预爆室由预爆室腔体(1-1)、氧气喷注装置(1-2)、易爆燃料喷注装置(1-3)，以及低能量脉冲点火器(1-4)构成；所述预爆室腔体(1-1)的外观近似呈正四棱柱，且该正四棱柱的高与底面正方形边长之比(类似于预爆管长径比)在1：1到2：1之间；所述氧气喷注装置(1-2)、易爆燃料喷注装置(1-3)与低能量脉冲点火器(1-4)安装于预爆室腔体(1-1)的头部壁面；所述预爆室腔体(1-1)的上下壁面对称开有两个引流孔(1-5)，引流孔(1-5)使得预爆室腔体(1-1)可以在活塞弹簧作动系统打开时与主爆震室内腔(2-2)相通；所述主爆震室外观近似呈圆柱体，将预爆室腔体(1-1)包围在内；所述主爆震室壁面(2-1)上开有两个活塞作动孔(2-3)与四个连接柱通孔(2-4)；所述活塞作动孔(2-3)与上述预爆室引流孔(1-5)的位置一一对应，孔径相同，该孔径应大于主爆震室反应物所对应的爆震临界管径，每一个活塞作动孔(2-3)周围对称布置两个连接柱通孔(2-4)，三个孔中心的连线与主爆震室轴线共面；所述活塞弹簧作动系统布置于预爆室腔体引流孔(1-5)外侧，由活塞(3-1)、弹簧(3-2)、连接柱(3-3)、弹簧限位块(3-4)以及弹簧保护套筒(3-5)组成；所述活塞(3-1)的横截面呈圆形，纵切面呈“T”字型，可分为同轴的活塞上方圆柱体(3-1-1)与活塞下方圆柱体(3-1-2)两部分，活塞(3-1)内部采用空心设计，通过减重来减少惯性对作动系统的影响；所述活塞下方圆柱体(3-1-2)从预爆室引流孔(1-5)与主爆震室壁面活塞作动孔(2-3)中穿过，紧贴两孔壁作上下平移运动，其横截面直径等于预爆室引流孔(1-5)的直径与主爆震室壁面活塞作动孔(2-3)的直径，其纵向长度为活塞作动孔(2-3)处主爆震室壁面(2-1)外侧到引流孔(1-5)处预爆室腔体(1-1)壁面内侧最长纵向距离的1.0-1).15倍；所述活塞上方圆柱体(3-1-1)随活塞下方圆柱体(3-1-2)做上下平移运动，一个活塞上方圆柱体(3-1-1)在主爆震室壁面(2-1)上的纵向投影应覆盖同一套作动系统对应的两个连接柱通孔(2-4)；所述连接柱(3-3)上端与活塞上方圆柱体(3-1-1)的下底面相连，垂直穿过主爆震室壁面连接柱通孔(2-4)后，下端套入弹簧(3-2)，并与弹簧限位块(3-4)相连；所述弹簧(3-2)上端连接主爆震室壁面(2-1)，下端连接弹簧限位块(3-4)；所述弹簧限位块(3-4)横截面直径应大于连接柱通孔(2-4)直径；所述弹簧(3-2)与弹簧限位块(3-4)嵌入弹簧保护套筒(3-5)中，与主爆震室内腔(2-2)隔离；所述连接柱(3-3)、弹簧限位块(3-4)的纵向长度与预爆室腔体(1-1)侧壁面厚度之和应等于活塞下方圆柱体(3-1-2)的纵向长度；所述弹簧保护套筒(3-5)呈空心圆柱体，横截面呈圆环形，将弹簧(3-2)、弹簧限位块(3-4)包裹于其内部，上端连接主爆震室壁面(2-1)内侧，下端连接预爆室腔体(1-1)壁面外侧，其横截面圆环内径应大于弹簧限位块(3-4)的横截面直径，可以将弹簧(3-2)、弹簧限位块(3-4)与主爆震室内腔(2-2)中的物质相隔离。2.根据权利要求1所述的一种低能量点火起始爆震波的装置，其特征在于：所述活塞弹簧作动系统处于关闭状态时，各作动机构位于下止点；此时，所述弹簧(3-2)处于中度压缩状态；所述弹簧限位块(3-4)下底面紧贴预爆室腔体(1-1)壁面外侧；所述活塞下方圆柱体(3-1-2)堵住预爆室引流孔(1-5)与主爆震室壁面活塞作动孔(2-3)，使预爆室腔体(1-1)、主爆...
【专利技术属性】
技术研发人员：范玮，孙田雨，李清安，董荣晓，裴一哲，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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