爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机及应用方法技术

本发明专利技术公开了一种爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机及应用方法，爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机包括：筒体内部与中心体外壁形成包括掺混室、燃烧室和尾喷管的空腔；中心体内包括设置于靠近燃烧室处的压力传感器、位置与燃烧室相对应的燃气室和自动控制器，压力传感器与自动控制器电连接；第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和第五管道用于连通燃气室和空腔的不同位置。第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和第五管道上均设有与自动控制器电连接的阀门。通过将压力传感器、自动控制器、燃气室、管道和阀门构成一个调控系统，实现连续监控和调控旋转爆震波的传播模态。模态。模态。

【技术实现步骤摘要】
爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机及应用方法


[0001]本专利技术涉及空天发动机推进
，更具体地，涉及一种爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机及应用方法。

技术介绍

[0002]高超声速推进技术是21世纪航空航天关注的重要技术之一。目前，对传统航空发动机的性能开发已逐渐达到极限，无法继续满足更高超声速的推力需求。现有航空发动机基于定压燃烧，这种燃烧组织形式，是发动机性能难以继续提升的原因之一。因此，研究人员希望利用近似定容燃烧的爆震燃烧来满足更高的推力需求，并提出以下三种技术方案：脉冲爆震发动机、斜爆震发动机和旋转爆震发动机(RDE)。其中，旋转爆震发动机(RDE)是现阶段最有望代替传统航空发动机，实现工程应用的爆震发动机方案。根据应用场景的不同，旋转爆震发动机(RDE)可分为：冲压式和火箭式。冲压式旋转爆震发动机属于冲压发动机和旋转爆震发动机(RDE)结合的新型发动机概念。
[0003]冲压式旋转爆震发动机面向工程应用时遇到的困难之一：沿环形燃烧室周向传播的旋转爆震波(RDW)的传播方向(顺时针或逆时针)及数量难以控制和预测。爆震波的传播方向及爆震波数量可用来表征爆震波的传播状态，被称为传播模态。实验结果显示，即使对于给定的初始实验状态，旋转爆震波(RDW)也有可能表现出不同的传播模态，甚至可能在不同传播模态之间转化。考虑真实飞行工况，来流气体状态会随时间不断变化，更强化了传播模态的复杂性、不稳定性和不可预测性。
[0004]现有技术中，申请公布号CN113028453A的专利技术专利公开了一种可调节燃烧室宽度的旋转爆震燃烧室，通过调整燃烧室宽度的方法，以实现对旋转爆震波(RDW)的调控。具体的方法是在环形燃烧室内壁设置了一层厚度可以变化的气膜，通过调整气膜厚度，从而改变燃烧室宽度。申请公布号CN111664022B的专利技术专利公开一种燃气引射的旋转爆震冲压发动机燃烧室，通过在燃烧室的隔离段设置火箭引射装置。增加的燃气引射装置，解决低飞行马赫数下旋转爆震发动机(RDE)性能不足的问题。申请公布号CN109139295B的专利技术专利公开了超燃冲压发动机爆震稳定控制系统及其控制方法，在壁面设置大量抽吸孔，吸收爆震波的能量，从而实现对爆震波面位置的控制。但现有技术中都没有涉及对旋转爆震波传播模态的监控和调控的技术方案。
[0005]因此，提出一种爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机及应用方法是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机，包括：
[0007]筒体，沿第一方向上延伸，内设中心体，所述筒体内部与所述中心体外壁形成空腔，所述空腔沿所述第一方向上依次包括进气道、掺混室、燃烧室和尾喷管；
[0008]所述中心体内包括自动控制器、压力传感器和燃气室，所述燃气室位于所述中心
体与所述燃烧室相对应的位置；所述压力传感器设置于所述中心体靠近所述燃烧室处，所述压力传感器与所述自动控制器电连接；
[0009]所述中心体还包括第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和第五管道，所述第一管道一端连通所述燃气室，另一端连接所述掺混室；所述第二管道一端连通所述第一管道，另一端连通所述燃烧室；所述第三管道一端连通所述燃气室，另一端在所述第二管道远离所述进气道一侧连通所述燃烧室；所述第四管道一端连通所述燃气室，另一端连通所述尾喷管；所述第五管道一端连通所述燃气室，另一端连通所述中心体远离所述进气道一侧的端面；所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道、所述第四管道和所述第五管道均设有阀门，所述阀门与所述自动控制器电连接。
[0010]优选地，所述第二管道包括第二管道甲、第二管道乙和第二管道丙，所述第二管道甲、所述第二管道乙和所述第二管道丙沿所述第一方向上顺次排布。
[0011]优选地，多个所述第一管道绕所述中心体的中心线阵列分布；多个所述第二管道绕所述中心体的中心线阵列分布；多个所述第三管道绕所述中心体的中心线阵列分布；多个所述第四管道绕所述中心体的中心线阵列分布。
[0012]优选地，所述中心体与所述进气道对应的位置为锥面，所述中心体在所述第一管道与所述锥面之间设有多个喷油孔，多个所述喷油孔绕所述中心体的中心线阵列分布。
[0013]优选地，还包括预爆管，设置于所述筒体远离所述中心体一侧，所述预爆管与所述筒体的连通处与所述燃烧室对应。
[0014]优选地，还包括外壳和支架；
[0015]所述外壳，为两端开口的套体，套于所述筒体外，所述中心体的中心线、所述筒体的中心线与所述外壳的中心线重合；
[0016]支架，包括多个第一支杆，多个所述第一支杆一端连接所述筒体，另一端连接所述外壳；还包括第二支杆、第三支杆和第四支杆，所述第二支杆设置于所述进气道远离所述尾喷管一侧，两端均与所述外壳连接，所述第三支杆一端连接所述第二支杆，另一端连接所述锥面；所述第四支杆设置于所述尾喷管远离所述进气道一侧，一端与所述外壳连接，另一端连接所述中心体远离所述进气道一侧的端面。
[0017]优选地，多个所述第三支杆绕所述中心体的中心线阵列分布，多个所述第四支杆绕所述中心体的中心线阵列分布。
[0018]优选地，所述中心体与所述掺混室对应的位置的直径为A，所述中心体与所述燃烧室对应位置的直径为B，A≥B；
[0019]所述中心体与所述尾喷管对应位置的直径沿所述第一方向上不断减小。
[0020]本专利技术还提供了一种爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机的应用方法，包括：
[0021]初次点火时，开启所述第三管道、所述第四管道和所述第五管道的所述阀门，用于将燃烧气体产物储存至所述燃气室；
[0022]所述压力传感器感应旋转爆震波的压力并转化为电信号传输至所述自动控制器；
[0023]所述自动控制器接收所述电信号，计算出所述旋转爆震波的传播模态，所述旋转爆震波的传播模态包括湮灭状态、不稳定传播状态、稳定单波传播状态、稳定多波状态和阻塞火焰状态；
[0024]所述自动控制器根据所述旋转爆震波的模态控制所述阀门的开启和关闭，用于调节所述旋转爆震波的传播模态趋于所述稳定单波传播状态。
[0025]优选地，当所述自动控制器计算所述旋转爆震波的传播模态为湮灭状态时，开启所述第一管道、所述第二管道和所述第三管道的所述阀门，关闭所述第四管道和所述第五管道的所述阀门；
[0026]当所述自动控制器计算所述旋转爆震波的传播模态为不稳定传播状态时，开启所述第一管道和所述第四管道的所述阀门，关闭所述第二通路、所述第三通路和所述第五管道的所述阀门；
[0027]当所述自动控制器计算所述旋转爆震波的传播模态为稳定单波传播状态时，开启所述第四管道和所述第五管道的所述阀门，关闭所述第一管道、所述第二管道和所述第三管道的所述阀门；
[0028]当所述自动控制器计算所述旋转爆震波的传播模态为稳定多波状态时，开启所述第三管道和所述第五管道的所述阀门，关闭所述第一管道、所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机，其特征在于，包括：筒体，沿第一方向上延伸，内设中心体，所述筒体内部与所述中心体外壁形成空腔，所述空腔沿所述第一方向上依次包括进气道、掺混室、燃烧室和尾喷管；所述中心体内包括自动控制器、压力传感器和燃气室，所述燃气室位于所述中心体与所述燃烧室相对应的位置；所述压力传感器设置于所述中心体靠近所述燃烧室处，所述压力传感器与所述自动控制器电连接；所述中心体还包括第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和第五管道，所述第一管道一端连通所述燃气室，另一端连接所述掺混室；所述第二管道一端连通所述第一管道，另一端连通所述燃烧室；所述第三管道一端连通所述燃气室，另一端在所述第二管道远离所述进气道一侧连通所述燃烧室；所述第四管道一端连通所述燃气室，另一端连通所述尾喷管；所述第五管道一端连通所述燃气室，另一端连通所述中心体远离所述进气道一侧的端面；所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道、所述第四管道和所述第五管道均设有阀门，所述阀门与所述自动控制器电连接。2.根据权利要求1所述的爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机，其特征在于，所述第二管道包括第二管道甲、第二管道乙和第二管道丙，所述第二管道甲、所述第二管道乙和所述第二管道丙沿所述第一方向上顺次排布。3.根据权利要求2所述的爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机，其特征在于，多个所述第一管道绕所述中心体的中心线阵列分布；多个所述第二管道绕所述中心体的中心线阵列分布；多个所述第三管道绕所述中心体的中心线阵列分布；多个所述第四管道绕所述中心体的中心线阵列分布。4.根据权利要求1所述的爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机，其特征在于，所述中心体与所述进气道对应的位置为锥面，所述中心体在所述第一管道与所述锥面之间设有多个喷油孔，多个所述喷油孔绕所述中心体的中心线阵列分布。5.根据权利要求1所述的爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机，其特征在于，还包括预爆管，设置于所述筒体远离所述中心体一侧，所述预爆管与所述筒体的连通处与所述燃烧室对应。6.根据权利要求4所述的爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机，其特征在于，还包括外壳和支架；所述外壳，为两端开口的套体，套于所述筒体外，所述中心体的中心线、所述筒体的中心线与所述外壳的中心线重合；支架，包括多个第一支杆，多个所述第一支杆一端连接所述筒体，另一端连接所述外壳；还包括第二支杆、第三支杆和第四支杆，所述第二支杆设置于所述进气道远离所述尾...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宽亮，滕宏辉，田诚，郗雪辰，周林，汪洋，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：