基于介质阻挡放电的超燃冲压发动机燃烧增强装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于介质阻挡放电的超燃冲压发动机燃烧增强装置，将介质阻挡放电与超燃冲压发动机的凹腔相结合，借助凹腔台阶或金属底壁实现沿面介质阻挡放电。本发明专利技术通过介质阻挡放电促使流场局部电离形成等离子体，增加等离子体与燃烧室内气流的作用面积，有望增强燃料与空气的掺混，增加凹腔内活性粒子数，改变化学反应路径，有效强化燃烧，提高燃烧效率，增加火焰稳定性。增加火焰稳定性。增加火焰稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于介质阻挡放电的超燃冲压发动机燃烧增强装置


[0001]本专利技术属于超燃冲压发动机
，具体涉及一种基于介质阻挡放电的超燃冲压发动机燃烧增强装置。

技术介绍

[0002]超燃冲压发动机燃烧室内空气来流速度过快，燃料与空气在燃烧室内驻留时间极短，燃料来如此短的驻留时间内难以充分燃烧，因此面临火焰稳定的巨大挑战。超燃冲压发动机内通常利用凹腔作为火焰稳定器，但是凹腔结构存在一定的稳定极限，当来流条件、燃料当量比等发生改变，超出凹腔稳定极限时，将会面临吹熄的风险。
[0003]目前超燃冲压发动机燃烧增强方案主要采用纳秒脉冲放电。纳秒脉冲放电的放电时间通常在纳秒量级，因其脉冲宽度极小，在放电过程中没有热效应的积累，而且通过产生大量的活性组分，改变化学反应路径，提高化学反应速率，增强燃烧效果。在较贫燃或较富燃的气态燃料条件下，均表现出一定增强燃烧的能力。但是纳秒脉冲放电放电作用面积较小，在煤油等液态燃料中的助燃效果尚不明晰。纳秒脉冲放电会带来较强的电磁干扰，这对相关设备的电磁兼容性带来一定的挑战。

技术实现思路

[0004]现有技术中纳秒脉冲放电技术的放电作用面积小，燃烧增强能力有限。另外，对纳秒脉冲放电会给其他设备造成较强的电磁干扰，带来电磁兼容性问题，针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术提供一种基于介质阻挡放电的超燃冲压发动机燃烧增强装置，通过介质阻挡放电促使流场局部电离形成等离子体，增加等离子体与燃烧室内气流的作用面积，有望增强燃料与空气的掺混，增加凹腔内活性粒子数量，改变化学反应路径，有效强化燃烧，提高燃烧效率，增加火焰稳定性。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]基于介质阻挡放电的超燃冲压发动机燃烧增强装置，在燃烧室内设置有凹腔，凹腔内设置有介质阻挡放电结构，所述介质阻挡放电结构包括绝缘体、第一电极、第二电极和交流高压电源，绝缘体设置在凹腔内的前端，绝缘体顶壁面、绝缘体后壁面与凹腔底壁面之间形成台阶，第一电极和第二电极均为平板电极，第一电极设在绝缘体顶壁面上，第二电极设置在绝缘体内且平行于绝缘体后壁面，第一电极和第二电极相互垂直且彼此绝缘隔离；将第一电极或者第二电极与交流高压电源相连，分别在不同位置处形成介质阻挡放电(即DBD)，进而实现燃烧增强。
[0007]本专利技术通过将两块电极分别与交流高压电相连，可实现两种沿面介质阻挡放电(DBD)方式。具体地：
[0008]将第一电极作为高压电极与交流高压电源连接、第二电极作为地极，在台阶前缘的上方位置实现介质阻挡放电。
[0009]将第二电极作为高压电极与交流高压电源连接、金属凹腔底壁面作为地极时，在
金属凹腔底壁面和台阶的交界处附近形成介质阻挡放电。
[0010]进一步地，点火器设置在介质阻挡放电结构下游的凹腔底壁面上。
[0011]介质阻挡放电(DBD)主要应用于超燃冲压发动机的燃烧振荡、近贫、富燃吹熄极限等极端工况。具体的工作过程可分为点火过程和稳定燃烧两个过程。本专利技术可以通过在不同位置形成介质阻挡放电(DBD)，分别实现可靠点火以及稳定燃烧，具体地：
[0012]凹腔上游喷注的燃料与超声速空气来流掺混，形成可燃混合气；在点火器点火过程中，将第一电极作为高压电极与交流高压电源连接、第二电极作为地极，在台阶前缘的上方位置实现介质阻挡放电(DBD)，诱导部分可燃混合气电离，增强燃料与空气的掺混，可燃混合气电离后产生具有大量活性粒子，具有活性粒子的可燃混合气更易实现点火，火焰传播速度更快，进而缩短点火延迟时间；
[0013]当火焰不充分燃烧的过程中，将第二电极作为高压电极与交流高压电源连接、金属凹腔底壁面作为地极，在金属凹腔底壁面和台阶的交界处附近流场形成介质阻挡放电，增强燃料与空气的掺混，增加流场中活性粒子的数量，降低燃烧反应活化能，进而促进局部火焰的形成，增强燃烧稳定性。
[0014]进一步地，本专利技术所述绝缘体为陶瓷绝缘体。
[0015]进一步地，本专利技术所述第一电极和第二电极等宽，满足沿边型介质阻挡放电特征，实现介质阻挡放电；且第一电极和第二电极的宽度均小于燃烧室内流道宽度的1/2，保证电极与燃烧室内流道侧壁面具有一点间距，避免发生漏电现象。
[0016]进一步地，本专利技术所述第一电极所处高度与绝缘体的顶壁面高度相同，绝缘体的高度与凹腔台阶高度相同。进一步地，本专利技术所述第二电极与绝缘体的顶壁面之间的距离、第二电极与绝缘体后壁面之间的距离以及第二电极与凹腔底壁面之间的距离相等。
[0017]本专利技术提供一种超燃冲压发动机，包括燃烧室，所述燃烧室内设置有上述任一种基于介质阻挡放电的超燃冲压发动机燃烧增强装置。
[0018]通过上述技术方案，本专利技术能够达到的有益技术效果是：
[0019]当对火焰施加一个外加电场时，放电产生的等离子体可以促进燃料与空气的掺混，提高火焰传播速度，增强燃烧稳定性，提高燃烧效率。介质阻挡放电(DBD放电)等离子体作为一种典型的非热平衡等离子体，具有很强的化学效应，在燃烧增强等方面具有重要作用。本专利技术将介质阻挡放电(DBD放电)结构与超燃冲压发动机的凹腔结构相结合，借助凹腔台阶或金属底壁实现沿面介质阻挡放电，进而实现燃烧增强的效果。
[0020]本专利技术创造性的设计了介质阻挡放电结构，其包括两块平板电极以及陶瓷绝缘体，通过对其布局以及电路进行设计，不仅可以有效实现沿面介质阻挡放电，同时还具有一定的灵活性，本专利技术可通过改变高压电极的连接方式，实现不同位置介质阻挡放电。通过形成介质阻挡放电(DBD)，进而增加电子数和活性自由粒子数，有效促进火焰传播，提高燃烧效率。
[0021]本专利技术中的介质阻挡放电结构整体的能耗更低，同样能够促进燃烧增强。
[0022]本专利技术中的介质阻挡放电等离子体作用面积更大，与电极板的尺寸有关。
[0023]本专利技术中的介质阻挡放电的电源为交流电源，产生的电磁干扰相对较弱，对其他设备的电磁兼容性高。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0025]图1是本专利技术一实施例的结构示意图；
[0026]图2是本专利技术一实施例的结构示意图；
[0027]图中标号：
[0028]1、凹腔；2、绝缘体；3、第一电极；4、第二电极；5、交流高压电源；6、点火器；7、台阶。
[0029]本专利技术目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于介质阻挡放电的超燃冲压发动机燃烧增强装置，其特征在于：在燃烧室内设置有凹腔，凹腔内设置有介质阻挡放电结构，所述介质阻挡放电结构包括绝缘体、第一电极、第二电极和交流高压电源，绝缘体设置在凹腔内的前端，绝缘体顶壁面、绝缘体后壁面与凹腔底壁面之间形成台阶，第一电极和第二电极均为平板电极，第一电极设在绝缘体顶壁面上，第二电极设置在绝缘体内且平行于绝缘体后壁面，第一电极和第二电极相互垂直且彼此绝缘隔离；将第一电极或者第二电极与交流高压电源相连，分别在不同位置处形成介质阻挡放电，进而实现燃烧增强。2.根据权利要求1所述的基于介质阻挡放电的超燃冲压发动机燃烧增强装置，其特征在于：将第一电极作为高压电极与交流高压电源连接、第二电极作为地极，在台阶前缘的上方位置实现介质阻挡放电。3.根据权利要求1所述的基于介质阻挡放电的超燃冲压发动机燃烧增强装置，其特征在于：将第二电极作为高压电极与交流高压电源连接、金属凹腔底壁面作为地极时，在金属凹腔底壁面和台阶的交界处附近形成介质阻挡放电。4.根据权利要求1所述的基于介质阻挡放电的超燃冲压发动机燃烧增强装置，其特征在于：点火器设置在介质阻挡放电结构下游的凹腔底壁面上。5.根据权利要求4所述的基于介质阻挡放电的超燃冲压发动机燃烧增强装置，其特征在于：凹腔上游喷注的燃料与超声速空气来流掺混，形成可燃混合气；在点火器点火过程中，将第一电极作为高压电极与交流高压电源连接、第二电极作为地极，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱家健，田轶夫，冯戎，蔡尊，孙永超，王成龙，汪洪波，孙明波，
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：