脉冲喷注装置、液体燃料供应系统及超燃冲压发动机制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种脉冲喷注装置、液体燃料供应系统及超燃冲压发动机。脉冲喷注装置包括阀座、与阀座固定连接的阀体、设置在阀体内部的阀芯和用于控制阀芯动作的控制装置；阀座上设置有供液体燃料输入的进液口；阀体上沿阀体的轴线方向依次设置有第一空腔、阀体通孔、喷嘴通孔以及用于输出液体燃料的出液口，第一空腔、阀体通孔、喷嘴通孔和出液口沿轴线方向依次连通；阀芯在第一空腔内沿轴线方向相对于阀体可滑动地布置，控制装置控制阀芯沿轴线方向周期性动作，进而控制进液口与出液口周期性连通，使液体燃料由出液口输出生成脉冲喷注。本发明专利技术的脉冲喷注装置能最大限度地降低水击的影响，减小脉冲过程中的迟滞现象，提高了脉冲频率。

Pulse Injection Device, Liquid Fuel Supply System and Scramjet

The invention discloses a pulse injection device, a liquid fuel supply system and a scramjet. The pulse injection device includes a valve seat, a valve body fixed to the seat, a valve core arranged inside the valve body and a control device for controlling the action of the valve core; a liquid inlet for liquid fuel input is arranged on the valve seat; a first cavity, a valve body through-hole, a nozzle through-hole and an outlet for liquid fuel output are arranged on the valve body in turn along the axis direction of the valve body, and the first cavity, a valve, and an outlet for liquid fuel output are arranged on the valve body. The body through-hole, nozzle through-hole and outlet are connected in turn along the axis direction; the spool is arranged slippery relative to the valve body in the first cavity along the axis direction; the control device controls the spool to move periodically along the axis direction, and then controls the periodic connection between the inlet and outlet, so that the liquid fuel can be output from the outlet to generate pulsed injection. The pulse injection device of the invention can minimize the influence of water hammer, reduce the hysteresis phenomenon in the pulse process and improve the pulse frequency.

【技术实现步骤摘要】
脉冲喷注装置、液体燃料供应系统及超燃冲压发动机
本专利技术涉及超燃冲压发动机领域，特别地，涉及一种脉冲喷注装置。此外，本专利技术还涉及一种包括上述脉冲喷注装置的液体燃料供应系统，以及包括上述液体燃料供应系统的超燃冲压发动机。
技术介绍
当前高超声速飞行器是各国军事竞争的制高点之一，超燃冲压发动机作为高超声速飞行器的主要动力装置，已成为各国研究的热点问题。目前超燃冲压发动机中大多采用液体燃料横向喷入超声速来流空气的喷注方案，流向距离上液体离开喷注壁面最远的距离被定义为该流向位置上的穿透深度。在超燃冲压发动机研究中，液体燃料在超声速来流中的穿透深度对发动机的燃烧与推力性能具有重要影响，是衡量气液混合效果的重要指标。为了提高射流穿透深度，可以采用增加液体的喷注速度，提高液体的喷注压降的方式，但是这会增加液体燃料的质量流率，从而导致发动机处于富燃状态。目前射流穿透深度已经成为限制超然冲压发动机尺寸的关键因素，亟需一种可行的喷注方案可以在一定的燃料质量流率下提高射流穿透深度，改善气液掺混效率。现有的超燃冲压发动机采用的燃料喷注技术包括被动式掺混增强和主动式掺混增强。被动式掺混增强技术，主要有支板，物理斜坡，气动斜坡，塔式结构等，都不可避免的引入额外的表面积，从而增加了气动阻力，并带来了严重的热防护问题。主动式掺混增强技术包括采用阀门和喷嘴结构等，当阀门突然开启或者关闭时，管路中将会出现压强波动的水击效应，在脉冲过程中产生迟滞现象；在公开发表的文献中，已经提出了通过脉冲喷注液体燃料提高射流穿透深度，但其脉冲频率很低(1Hz)，由于超燃冲压发动机中燃料的驻留时间极短需要更高的脉冲频率，因此现有技术中的装置不能获得工程实际应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种脉冲喷注装置、液体燃料供应系统及超燃冲压发动机，以解决现有的主动式掺混增强技术中存在水击引起的压力波动、开关阀响应时间长导致脉冲过程中产生迟滞现象以及脉冲频率低不适于工程实际应用的技术问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种脉冲喷注装置，用于提高超燃冲压发动机中液体燃料穿透深度，包括阀座、与阀座固定连接的阀体、设置在阀体内部的阀芯和用于控制阀芯动作的控制装置；阀座上设置有供液体燃料输入的进液口；阀体上沿阀体的轴线方向依次设置有第一空腔、阀体通孔、喷嘴通孔以及用于输出液体燃料的出液口，第一空腔、阀体通孔、喷嘴通孔和出液口沿轴线方向依次连通；阀芯在第一空腔内沿轴线方向相对于阀体可滑动地布置，控制装置控制阀芯沿轴线方向周期性动作，进而控制进液口与出液口周期性连通，使液体燃料由出液口输出生成脉冲喷注；进一步地，脉冲喷注装置还包括弹性件，弹性件以一预压量设置在第一空腔中，弹性件的一端与阀体抵接，弹性件的另一端与阀芯抵接以朝向阀座推抵阀芯；进一步地，控制装置包括线圈、线圈罩和控制器，线圈缠绕在阀体的外周上，线圈罩套设于缠绕有线圈的阀体外周且与阀体固定连接，控制器与线圈电气连接；进一步地，阀体包括上阀体、下阀体和设置在上阀体和下阀体之间的隔磁环，线圈罩与上阀体固定连接，下阀体与阀座连接；进一步地，阀座与阀体连接的一端端面设置有环形凹槽，环形凹槽内设置有O型圈；进一步地，阀芯靠近阀座的一端端部设置有凹槽，凹槽内设置有密封圈；进一步地，阀体通孔与喷嘴通孔连接处设置有径向尺寸由阀体通孔向喷嘴通孔逐渐减小的倒角，倒角角度为30°-60°；进一步地，阀体通孔的孔径为2-4mm，喷嘴通孔的孔径与出液口的孔径相等且均为0.3-0.5mm；根据本专利技术的另一方面，还提供了一种液体燃料供应系统.，其包括增压系统、液体燃料储箱、油路系统和上述的脉冲喷注装置，增压系统包括依次连接的电源、电机和齿轮泵，液体燃料储箱用于向齿轮泵输送液体燃料，齿轮泵输出的液体燃料经油路系统输送至脉冲喷注装置；根据本专利技术的另一方面，还提供了一种超燃冲压发动机，其包括上述液体燃料供应系统。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的脉冲喷注装置，在阀体上设置有喷嘴通孔以及用于输出液体燃料的出液口，喷嘴通孔直接与阀体通孔连通，省去了喷嘴与阀门之间的额外管路，有效减小了产生水击效应的冲击波在管路中的时间，最大限度地降低水击的影响，缩短了液体从阀门流动至喷嘴出口的时间，从而减小了脉冲过程中的迟滞现象，提高了液体燃料射流脉冲频率。本专利技术的脉冲喷注装置，控制装置控制阀芯沿轴线方向周期性动作，进而控制进液口与出液口周期性连通，保持液体燃料的质量流量一定，通过控制装置控制脉冲喷注装置开启和关闭的工作时序，进而实现对脉冲喷注的脉冲频率和占空比的控制，通过对不同脉冲频率和占空比条件下混合和燃烧状态的标定，实现混合和燃烧的主动控制。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的脉冲喷注装置结构示意图；以及图2是本专利技术优选实施例的图1的A处放大图；图3是本专利技术优选实施例的液体燃料供应系统示意图；图4是本专利技术实施例一中高速摄影获得的瞬态射流图像；图5是本专利技术实施例一中脉冲喷注过程中射流喷前压力和下游四个位置穿透深度随时间的变化图；图6是本专利技术实施例一中不同占空比条件下射流穿透深度曲线图。图例说明：1、阀座；2、阀体；21、上阀体；22、下阀体；23、隔磁环；3、阀芯；4、弹性件；5、线圈；6、线圈罩；7、O型圈；8、密封圈；10、脉冲喷注装置；11、第一空腔；12、阀体通孔；13、喷嘴通孔；201、电源；202、电机；203、齿轮泵；30、液体燃料储箱具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。参照图1，本专利技术的优选实施例提供了一种脉冲喷注装置，用于提高超燃冲压发动机中液体燃料穿透深度，脉冲喷注装置包括阀座1、与阀座1固定连接的阀体2、设置在阀体2内部的阀芯3和用于控制阀芯3动作的控制装置；阀座1上设置有供液体燃料输入的进液口；阀体2上沿阀体的轴线方向依次设置有第一空腔11、阀体通孔12、喷嘴通孔13以及用于输出液体燃料的出液口，第一空腔11、阀体通孔12、喷嘴通孔13和出液口沿轴线方向依次连通；阀芯3在第一空腔11内沿轴线方向相对于阀体2可滑动地布置，控制装置控制阀芯3沿轴线方向周期性动作，进而控制进液口与出液口周期性连通，使液体燃料由出液口输出生成脉冲喷注。在液体管路供应系统中，当阀门突然开启或者关闭时，管路中将会出现压强波动的水击效应，这是由于开关阀引起的压力冲击在管路中传播引起的。本专利技术的脉冲喷注装置，在阀体上设置有喷嘴通孔13以及用于输出液体燃料的出液口，喷嘴通孔13直接与阀体通孔12连通，省去了喷嘴与阀之间的额外管路，有效减小了产生水击效应的冲击波在管路中的时间，最大限度地降低水击的影响，缩短了液体从阀流动至喷嘴出口的时间，从而减小了脉冲过程中的迟滞现象，提高了脉冲喷注装置所能提供的液体燃料射流脉冲频率。脉冲喷注通过减小射流喷注时间可以在一定的质量流率下产生更大的瞬时喷注速度。占空比是指在脉冲喷注的一个脉冲周期内，阀门处于开启状态的时间与总时间之比。在一定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲喷注装置，用于提高超燃冲压发动机中液体燃料穿透深度，其特征在于，包括阀座(1)、与阀座(1)固定连接的阀体(2)、设置在阀体(2)内部的阀芯(3)和用于控制阀芯(3)动作的控制装置；所述阀座(1)上设置有供液体燃料输入的进液口；所述阀体(2)上沿所述阀体(2)的轴线方向依次设置有第一空腔(11)、阀体通孔(12)、喷嘴通孔(13)以及用于输出液体燃料的出液口，所述第一空腔(11)、阀体通孔(12)、喷嘴通孔(13)和出液口沿轴线方向依次连通；所述阀芯(3)在所述第一空腔(11)内沿所述轴线方向相对于所述阀体(2)可滑动地布置，所述控制装置控制阀芯(3)沿轴线方向周期性动作，进而控制进液口与出液口周期性连通，使液体燃料由出液口输出生成脉冲喷注。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲喷注装置，用于提高超燃冲压发动机中液体燃料穿透深度，其特征在于，包括阀座(1)、与阀座(1)固定连接的阀体(2)、设置在阀体(2)内部的阀芯(3)和用于控制阀芯(3)动作的控制装置；所述阀座(1)上设置有供液体燃料输入的进液口；所述阀体(2)上沿所述阀体(2)的轴线方向依次设置有第一空腔(11)、阀体通孔(12)、喷嘴通孔(13)以及用于输出液体燃料的出液口，所述第一空腔(11)、阀体通孔(12)、喷嘴通孔(13)和出液口沿轴线方向依次连通；所述阀芯(3)在所述第一空腔(11)内沿所述轴线方向相对于所述阀体(2)可滑动地布置，所述控制装置控制阀芯(3)沿轴线方向周期性动作，进而控制进液口与出液口周期性连通，使液体燃料由出液口输出生成脉冲喷注。2.根据权利要求1所述的脉冲喷注装置，其特征在于，所述脉冲喷注装置还包括弹性件(4)，所述弹性件(4)以一预压量设置在所述第一空腔(11)中，所述弹性件(4)的一端与所述阀体(2)抵接，所述弹性件(4)的另一端与所述阀芯(3)抵接以朝向所述阀座(1)推抵所述阀芯(3)。3.根据权利要求1所述的脉冲喷注装置，其特征在于，所述控制装置包括线圈(5)、线圈罩(6)和控制器，所述线圈(5)缠绕在阀体(2)的外周上，所述线圈罩(6)套设于缠绕有线圈(5)的阀体(2)外周且与阀体(2)固定连接，所述控制器与线圈(5)电气连接。4.根据权利要求3所述的脉冲喷注装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖锋，朱元昊，李清廉，李春，李晨阳，林森，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43