推进系统及操作其的方法技术方案

本公开涉及一种推进系统及操作推进系统的方法。所述方法包括：提供所述旋转爆震燃烧系统的燃烧室以产生爆震单元尺寸，所述爆震单元尺寸配置成针对第一操作条件，所述第一操作条件限定所述推进系统的最低稳态操作条件；产生送到所述燃烧部分的所述燃烧入口的氧化剂流；将所述氧化剂流的第一部分提供给所述燃烧室并且将所述氧化剂流的所述第一部分与燃料混合；将所述氧化剂流的第二部分提供给所述二级流动通路，其中所述二级流动通路绕过所述燃烧室；以及至少基于所述推进系统的命令功率输出来调节通过所述燃烧室的所述氧化剂流的所述第一部分相对于通过所述二级流动通路的所述氧化剂流的所述第二部分之间的比率。

【技术实现步骤摘要】
推进系统及操作其的方法
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进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，该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(换句话讲，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。通常，爆震燃烧系统基于在环形燃烧室中是否能够维持最小数量的爆震单元(detonationcell)。爆震单元的特征在于单元宽度(λ)，其中所述单元宽度取决于燃料和氧化剂的类型以及燃烧室处的反应剂的压力和温度以及反应剂的化学计量(φ)。对于每种燃料和氧化剂组合，针对大于或小于1.0的化学计量，单元尺寸随着压力和温度的升高而减小。在各种推进系统设备中，例如针对燃气涡轮发动机的推进系统设备，所述单元宽度在从最低稳态操作条件(例如，地面慢车)下到最高稳态操作条件(例如，最大起飞)下可以减小20倍或更多。所属领域中普通技术人员均知道，燃烧室几何形状是由预期爆震单元尺寸所限定的，所述预期爆震单元尺寸基于燃料氧化剂混合物以及此混合物的压力、温度和化学计量比。燃料氧化剂混合物、压力、温度和化学计量比(例如，在推进系统的各种操作条件下)的各种组合可能导致固定几何形状的燃烧室在多个操作条件下效率低下。但是，可变几何形状的燃烧室通常涉及复杂的结构，这可能显著降低或消除整个推进系统的效率或可操作性。因此，需要一种爆震燃烧系统，所述爆震燃烧系统可提供低压力降操作和调节爆震单元尺寸，同时减轻已知爆震燃烧系统的复杂性。
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，或者根据所述说明是显而易见的，或者可以通过实践本专利技术了解到。本公开涉及一种操作推进系统的方法，所述推进系统包括旋转爆震燃烧(RDC)系统。所述RDC系统限定位于上游端处的燃烧入口、位于下游端处的燃烧出口、位于这两者之间的燃烧室以及限定在位于所述燃烧室上游的所述燃烧入口处的喷嘴，以及从所述喷嘴的上游延伸到所述喷嘴的下游的二级流动通路。所述方法包括：提供所述旋转爆震燃烧系统的燃烧室以产生爆震单元尺寸，所述爆震单元尺寸配置成用于第一操作条件，所述第一操作条件限定所述推进系统的最低稳态操作条件；产生送到所述燃烧部分的所述燃烧入口的氧化剂流；将所述氧化剂流的第一部分提供给所述燃烧室并且将所述氧化剂流的所述第一部分与燃料混合；将所述氧化剂流的第二部分提供给所述二级流动通路，其中所述二级流动通路绕过所述燃烧室；以及至少基于所述推进系统的命令功率输出(commandedpoweroutput)来调节通过所述燃烧室的所述氧化剂流的所述第一部分相对于通过所述二级流动通路的所述氧化剂流的所述第二部分之间的比率。在各种实施例中，调节所述氧化剂流的所述第一部分相对于所述第二部分之间的比率包括对驱动结构进行驱动，所述驱动结构位于所述燃烧室上游的所述初级流动通路和所述二级流动通路处以及所述燃烧部分的燃烧入口处或下游。在一个实施例中，驱动所述驱动结构包括驱动轮叶、阀、门或壁中的一者或多者，以改变所述氧化剂流的第一部分相对于第二部分之间的流量比率。在另一个实施例中，调节氧化剂第一部分和第二部分之间的比率至少基于在爆震燃料与氧化剂第一部分之间的化学计量比为大约1.0或以下时，在比所述推进系统的所述第一操作条件大的第二操作条件下维持大致恒定的爆震单元尺寸。在又一些实施例中，所述方法进一步包括将氧化剂流的第二部分从二级流动通路提供给初级流动通路。在一个实施例中，将氧化剂流的第二部分提供给初级流动通路包括将所述第二部分提供给位于氧化剂第一部分和燃料的混合物的爆震波下游的燃烧产物。在另一个实施例中，提供氧化剂流的第二部分包括将氧化剂的第二部分提供给涡轮部分、排气部分和大气条件中的一者或多者。在又一个实施例中，将氧化剂流的第二部分提供给二级流动通路包括使氧化剂第二部分流动到燃烧室附近以引发燃烧室的热衰减。在一个实施例中，至少基于命令功率输出来调节氧化剂流第一部分和第二部分之间的比率进一步包括调节以下项中的一者或多者：送到所述旋转爆震燃烧系统的氧化剂流，以及送到所述燃烧室的燃料流。在另一个实施例中，所述方法进一步包括在燃烧室处提供燃料流并且将其与所述氧化剂的所述第一部分混合；以及至少基于所述推进系统的所述命令功率输出来调节所述燃料流。在又一个实施例中，所述方法进一步包括至少基于所述氧化剂第二部分将氧化剂第三部分提供给所述燃烧室；至少基于所述氧化剂第二部分的一部分将氧化剂第四部分提供给所述排气部分；以及调节送到所述燃烧室的所述氧化剂第三部分相对于送到所述排气部分的所述氧化剂第四部分之间的比率。在一个实施例中，调节所述氧化剂第三部分相对于所述氧化剂第四部分之间的比率至少基于所述推进系统的命令功率输出。在另一个实施例中，调节送到所述燃烧室的所述氧化剂第三部分的比率进一步至少基于在从所述第一操作条件下到比所述推进系统的所述第一操作条件大的第二操作条件下维持大致相等的爆震单元尺寸。在又一个实施例中，提供所述旋转爆震燃烧系统的所述燃烧室包括提供由燃烧室长度和燃烧室宽度限定的固定容积燃烧室。在又一个实施例中，所述方法进一步包括通过引爆所述燃料和所述氧化剂第一部分的混合物来在所述燃烧室内产生燃烧产物。本公开进一步涉及一种推进系统。所述推进系统包括：位于上游端处、用于接纳氧化剂流的入口部分；位于下游端处的排气部分；以及设置在所述入口部分与所述排气部分之间的旋转爆震燃烧(RDC)系统，借此，所述氧化剂的初级流动通路限定成通过所述入口部分、所述排气部分和所述RDC系统，其中所述RDC系统包括大体圆柱形有壁外壳，所述大体圆柱形有壁外壳限定燃烧室、燃烧入口和燃烧出口，并且进一步包括位于所述燃烧入口处的喷嘴组件，其中所述喷嘴组件限定靠近所述入口部分的喷嘴入口、靠近所述燃烧室的喷嘴出口，以及分别设置在它们之间的喉道和燃料喷射口，并且其中所述喷嘴组件限定会聚-扩张型喷嘴(converging-divergingnozzle)；以及设置在所述RDC系统的所述喷嘴组件上游的驱动结构，其中二级流动通路限定成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种操作推进系统的方法，所述推进系统包括旋转爆震燃烧(RDC)系统，其中所述RDC系统限定位于上游端处的燃烧入口、位于下游端处的燃烧出口、位于这两者之间的燃烧室以及限定在位于所述燃烧室上游的所述燃烧入口处的喷嘴，以及从所述喷嘴的上游延伸到所述喷嘴的下游的二级流动通路，所述方法包括：提供所述旋转爆震燃烧系统的所述燃烧室以产生用于第一操作条件的爆震单元尺寸，所述第一操作条件限定所述推进系统的最低稳态操作条件；产生送到所述燃烧部分的所述燃烧入口的氧化剂流；将所述氧化剂流的第一部分提供给所述燃烧室并且将所述氧化剂流的所述第一部分与燃料混合；将所述氧化剂流的第二部分提供给所述二级流动通路，其中所述二级流动通路绕过所述燃烧室；以及至少基于所述推进系统的命令功率输出来调节通过所述燃烧室的所述氧化剂流的所述第一部分相对于通过所述二级流动通路的所述氧化剂流的所述第二部分之间的比率。

【技术特征摘要】
2017.06.09 US 15/6183801.一种操作推进系统的方法，所述推进系统包括旋转爆震燃烧(RDC)系统，其中所述RDC系统限定位于上游端处的燃烧入口、位于下游端处的燃烧出口、位于这两者之间的燃烧室以及限定在位于所述燃烧室上游的所述燃烧入口处的喷嘴，以及从所述喷嘴的上游延伸到所述喷嘴的下游的二级流动通路，所述方法包括：提供所述旋转爆震燃烧系统的所述燃烧室以产生用于第一操作条件的爆震单元尺寸，所述第一操作条件限定所述推进系统的最低稳态操作条件；产生送到所述燃烧部分的所述燃烧入口的氧化剂流；将所述氧化剂流的第一部分提供给所述燃烧室并且将所述氧化剂流的所述第一部分与燃料混合；将所述氧化剂流的第二部分提供给所述二级流动通路，其中所述二级流动通路绕过所述燃烧室；以及至少基于所述推进系统的命令功率输出来调节通过所述燃烧室的所述氧化剂流的所述第一部分相对于通过所述二级流动通路的所述氧化剂流的所述第二部分之间的比率。2.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述氧化剂流的所述第一部分相对于所述第二部分之间的所述比率包括在所述燃烧室上游的所述初级流动通路和所述二级流动通路处以及在所述燃烧部分的燃烧入口处或下游对驱动结构进行驱动。3.根据权利要求2所述的方法，其中驱动所述驱动结构包括驱动轮叶、阀、门或壁中的一者或多者，以改变所述氧化剂流的所述第一部分相对于所述第二部分之间的比率。4.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述氧化剂的所述第一部分和所述第二部分之间的比率至少基于在比所述推进系统的所述第一操作条件大的第二操作条件下，在被爆震燃料与氧化剂第一部分之间的化学计量比为大约1.0或以下时维持大致恒定的爆震单元尺寸。5.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括将所述氧化剂流第二部分从所述二级流动通路提供给所...

【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