一种自激形多点射流等离子体点火器制造技术

一种自激形多点射流等离子体点火器，由壳体(101)、绝缘体(102)、射流腔(103‑1～103‑4)、放电电极(201～206)组成。与传统单射流点火器相比，本发明专利技术的自激形多点射流等离子体点火器由于能够产生多股射流，能够弥补单射流方向固定，环境适应性不强的不足。同时多个射流形成的初始火核形成多个相邻的点火源，有效提升点火能力。综上，本发明专利技术点火器具有更强的点火能力。

【技术实现步骤摘要】
一种自激形多点射流等离子体点火器
本专利技术属于航空发动机燃烧室设计领域，具体涉及一种自激形多点射流等离子体点火器，适用于高空极端条件下航空发动机燃烧室内的可靠点火。
技术介绍
等离子体射流点火具有气动效应、热效应、化学效应，具有较强的点火能力，在航空涡轮发动机、亚燃冲压发动机、超燃冲压发动机等多种类型发动机燃烧室中表现出优异的点火性能，被认为是最有可能替代目前火花点火器的技术方案。目前，飞行器的飞行包线不断拓宽，必然要求点火器能在较宽范围内可靠点燃发动机，以保证飞行安全。当发动机工作偏离设计工况时，燃烧室压力、温度、流速等参数与最佳点火工况时相比必然存在差异，最佳点火位置也将发生改变。但是受限于发动机燃烧室的有限空间，燃烧室中仅能安装两个点火器，且点火器的安装位置固定。并且，目前所有研究的等离子体射流点火器都为单射流孔方案。这种情况下，点火器产生的火核方向固定、区域小。因此，当点火工况偏离最佳设计点时，单射流孔形式的等离子体射流点火器的点火能力必然下降。因此，目前单射流孔形式的等离子体射流点火器的可靠点火范围还无法满足实际需要。
技术实现思路
有鉴于此，针对目前射流点火器都为单射流孔，等离子体射流方向固定，点火器的环境适应性不足的弱点，本专利技术提出一种自激形多点射流等离子体点火器，通过形成多股自激型等离子体射流增加射流区域，提高点火器的环境适应性，提高点火可靠性。本专利技术的自激形多点射流等离子体点火器，由壳体101、绝缘体102、射流腔(103-1～103-4)、放电电极(201～206)组成；其特征在于壳体101由耐高温的高温合金加工而成，整体为中空的圆柱结构，内部腔体用来安装绝缘体102；绝缘体102为内部打孔的圆柱体，由耐高温绝缘体加工而成，内嵌于点火器壳体101中，与点火器壳体101紧密连接，绝缘体102前端与壳体101前端持平；绝缘体102前端间隔加工多个圆型浅腔，形成射流腔(103-1、103-2、103-3、103-4)，射流腔围绕绝缘体102的圆心均匀分布，其轴线与绝缘体102的轴线平行，射流腔为多个，具体数量根据实际需要确定；绝缘体102后端间隔加工多个圆型深腔，其轴线与绝缘体102的轴线平行，用于插入放电电极(201～206)，将其命名为“电极孔”；根据射流腔的数量确定电极孔数量，每两个相邻的射流腔作为一组，配套三个电极孔；在一组射流腔中，从腔体截面看，两个相邻射流腔内两处对应的远端位置附近，对应两个电极孔位置，这两个电极孔腔体的相对最外侧与射流腔对应的腔体最外侧基本一致，也就是说，从截面的角度看，这两个电极孔被包含在射流腔内，紧贴射流腔相对最外侧的内壁布置；这两个相邻的射流腔之间，对应第三个电极孔位置，该电极孔正好位于这两个相邻的射流腔的中间，但该电极孔从这两个相邻射流腔的侧壁分别凸出一部分，便于该电极孔中的电极与其他两个电极孔中的电极发生等离子体放电；由此，射流腔的横截面积必须大于电极孔的横截面积；放电电极(201～206)由耐高温材料加工成圆柱形，从点火器后部沿电极孔插入，并凸出射流腔底部。在本专利技术的一个实施例中，壳体101外部直径为16～22mm，内部通孔直径为8～15mm；绝缘体102为耐高温陶瓷，绝缘体102外部直径与壳体101内部通孔直径相同；射流腔间隔为0.5～2mm，射流腔直径为2～5mm，腔深度为5～15mm；电极直径为1～3mm，电极孔直径与电极直径相同，二者紧密配合；同一射流腔中两个电极间距为1～5mm；放电电极(201～206)凸出射流腔底部1～5mm。在本专利技术的一个具体实施例中，壳体101外部直径为18mm；内部通孔直径为14mm；射流腔间隔为1mm，射流腔直径为3mm，腔深度为7mm；电极直径为1.5mm；同一射流腔中两个电极间距为1.5mm；放电电极(201～206)凸出射流腔底部3mm。在本专利技术的另一个具体实施例中，射流腔为4个，电极孔为6个；其中第一、第二射流腔103-1、103-2为一组，配套电极为第一、第二、第三电极201、202、203，其中第一、第三电极201、203为两个远端电极，第二电极202为中间电极；第二电极202被两个射流腔共用，即第二电极202作为第一射流腔103-1放电电极对的阴极，也作为第二射流腔103-2放电电极对的阳极；第一射流腔103-1放电电极对的阳极是第一电极201，第二射流腔103-2放电电极对的阴极是第三电极203；同理，第三、第四射流腔103-3、103-4为一组，配套电极为第四、第五、第六电极204、205、206，其中第四、第六电极204、206为两个远端电极，第五电极205为中间电极；第三射流腔103-3放电电极对的阴极是第六电极206，第四射流腔103-4放电电极对的阳极是第四电极204；当采用四个射流腔设计时，射流腔与电极关系为：第一射流腔103-1中安装第一、第二放电电极201、202；第二射流腔103-2中安装第二、第三放电电极202、203；第三射流腔103-3中安装第五、第六放电电极205、206；第四射流腔103-4中安装第四、第五放电电极204、205。在本专利技术的一个实施例中，壳体101外部加工安装螺纹104、定位六角凸台105和点火线缆连接螺纹106；安装螺纹104尺寸由点火器所安装的燃烧室决定，用于固定点火器；定位六角凸台105用于准确定位点火器头部离燃烧室壁面的距离；螺纹106位于点火器最底部，用于与高压点火线缆连接。还提供一种基于上述自激形多点射流等离子体点火器的点火电路，其特征在于，第一放电电极201与等离子体电源的阳极相连，第六电极206与电源的阴极相连，第三、第四电极203、204直接相连后与第一耦合电容的一端相连，第一耦合电容的另一端与电源的阴极相连，第二、第五电极202、205与第二耦合电容的一端相连，第二耦合电容的另一端与电源阴极相连。在本专利技术的一个实施例中，等离子体电源301输出波形为脉冲高压，输出电压为5～20KV，频率不小于5Hz，单位输出能量不小于12J；耦合电容302的电容值需与电源功率匹配，范围为100～1000PF，耐压值为5～30KV。此外，提供一种基于上述自激形多点射流等离子体点火器的工作方法，其特征在于：等离子体电源301输出脉冲高压信号，在耦合电容302的作用下，放电电极(201～206)之间形成的多间隙结构依次击穿，形成多个放电通道401；当放电通道401形成后，等离子体电源通过放电通道迅速释放能量；每个射流腔中设置的一个放电间隙都会释放能量，加热对应射流腔内的气体；气体升温升压后喷出射流腔，从而形成多股等离子体射流。本专利技术的自激形多点射流等离子体点火器不同于传统单射流点火，而是利用多路放电电路，将多个放电电极布置于多个自激射流腔底部。利用多路放电的独特优势，实现多个放电通道同时放电。利用放电释放的能量加热腔内气体，气体温度升高导致压力增加，驱动内部放电喷出射流腔，从而形成多股等离子体射流。与传统单射流点火器相比，本专利技术的自激形多点射流等离子体点火器由于能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自激形多点射流等离子体点火器，由壳体(101)、绝缘体(102)、射流腔(103-1～103-4)、放电电极(201～206)组成；其特征在于/n壳体(101)由耐高温的高温合金加工而成，整体为中空的圆柱结构，内部腔体用来安装绝缘体(102)；/n绝缘体(102)为内部打孔的圆柱体，由耐高温绝缘体加工而成，内嵌于点火器壳体(101)中，与点火器壳体(101)紧密连接，绝缘体(102)前端与壳体(101)前端持平；绝缘体(102)前端间隔加工多个圆型浅腔，形成射流腔(103-1、103-2、103-3、103-4)，射流腔围绕绝缘体(102)的圆心均匀分布，其轴线与绝缘体(102)的轴线平行，射流腔为多个，具体数量根据实际需要确定；绝缘体(102)后端间隔加工多个圆型深腔，其轴线与绝缘体(102)的轴线平行，用于插入放电电极(201～206)，将其命名为“电极孔”；根据射流腔的数量确定电极孔数量，每两个相邻的射流腔作为一组，配套三个电极孔；在一组射流腔中，从腔体截面看，两个相邻射流腔内两处对应的远端位置附近，对应两个电极孔位置，这两个电极孔腔体的相对最外侧与射流腔对应的腔体最外侧基本一致，也就是说，从截面的角度看，这两个电极孔被包含在射流腔内，紧贴射流腔相对最外侧的内壁布置；这两个相邻的射流腔之间，对应第三个电极孔位置，该电极孔正好位于这两个相邻的射流腔的中间，但该电极孔从这两个相邻射流腔的侧壁分别凸出一部分，便于该电极孔中的电极与其他两个电极孔中的电极发生等离子体放电；由此，射流腔的横截面积必须大于电极孔的横截面积；/n放电电极(201～206)由耐高温材料加工成圆柱形，从点火器后部沿电极孔插入，并凸出射流腔底部。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自激形多点射流等离子体点火器，由壳体(101)、绝缘体(102)、射流腔(103-1～103-4)、放电电极(201～206)组成；其特征在于
壳体(101)由耐高温的高温合金加工而成，整体为中空的圆柱结构，内部腔体用来安装绝缘体(102)；
绝缘体(102)为内部打孔的圆柱体，由耐高温绝缘体加工而成，内嵌于点火器壳体(101)中，与点火器壳体(101)紧密连接，绝缘体(102)前端与壳体(101)前端持平；绝缘体(102)前端间隔加工多个圆型浅腔，形成射流腔(103-1、103-2、103-3、103-4)，射流腔围绕绝缘体(102)的圆心均匀分布，其轴线与绝缘体(102)的轴线平行，射流腔为多个，具体数量根据实际需要确定；绝缘体(102)后端间隔加工多个圆型深腔，其轴线与绝缘体(102)的轴线平行，用于插入放电电极(201～206)，将其命名为“电极孔”；根据射流腔的数量确定电极孔数量，每两个相邻的射流腔作为一组，配套三个电极孔；在一组射流腔中，从腔体截面看，两个相邻射流腔内两处对应的远端位置附近，对应两个电极孔位置，这两个电极孔腔体的相对最外侧与射流腔对应的腔体最外侧基本一致，也就是说，从截面的角度看，这两个电极孔被包含在射流腔内，紧贴射流腔相对最外侧的内壁布置；这两个相邻的射流腔之间，对应第三个电极孔位置，该电极孔正好位于这两个相邻的射流腔的中间，但该电极孔从这两个相邻射流腔的侧壁分别凸出一部分，便于该电极孔中的电极与其他两个电极孔中的电极发生等离子体放电；由此，射流腔的横截面积必须大于电极孔的横截面积；
放电电极(201～206)由耐高温材料加工成圆柱形，从点火器后部沿电极孔插入，并凸出射流腔底部。


2.如权利要求1所述的自激形多点射流等离子体点火器，其特征在于，壳体(101)外部直径为16～22mm，内部通孔直径为8～15mm；绝缘体(102)为耐高温陶瓷，绝缘体(102)外部直径与壳体(101)内部通孔直径相同；射流腔间隔为0.5～2mm，射流腔直径为2～5mm，腔深度为5～15mm；电极直径为1～3mm，电极孔直径与电极直径相同，二者紧密配合；同一射流腔中两个电极间距为1～5mm；放电电极(201～206)凸出射流腔底部1～5mm。


3.如权利要求2所述的自激形多点射流等离子体点火器，其特征在于，壳体(101)外部直径为18mm；内部通孔直径为14mm；射流腔间隔为1mm，射流腔直径为3mm，腔深度为7mm；电极直径为1.5mm；同一射流腔中两个电极间距为1.5mm；放电电极(201～206)凸出射流腔底部3mm。


4.如权利要求1所述的自激形多点射流等离子体点火器，其特征在于，射流腔为4个，电极孔为6个；其中第一、第二射流腔(103-1、103-2)为一组，配套电极为第一、第二、第三电极(201、202、203)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志波，吴云，金迪，宋慧敏，贾敏，梁华，崔巍，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61