一种基于非平衡等离子体起爆和供气的旋转爆震发动机制造技术

本发明专利技术提供了一种基于非平衡等离子体起爆和供气的旋转爆震发动机，包括喷嘴、预爆管和发动机本体；燃烧室外环与燃烧室内环之间构成燃烧室，所述预爆管安装在燃烧室外环上，且所述预爆管一端与燃烧室连通；所述预爆管进口处安装一个所述喷嘴；所述预爆管内设有火花塞；若干所述喷嘴安装在燃烧室内，且若干所述喷嘴位于预爆管一端与燃烧室的连接处和发动机盖板之间；所述喷嘴内设有互不连通的燃料流道和氧化剂流道；所述燃料流道的壁面内设有电极，在电极两侧施加电压，通过电离流道内的燃料介质，用于产生非平衡等离子体。本发明专利技术可以强化燃烧过程，促使燃料燃尽，减少化学不完全燃烧热损失，降低污染气体的排放。降低污染气体的排放。降低污染气体的排放。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非平衡等离子体起爆和供气的旋转爆震发动机


[0001]本专利技术涉及旋转爆震发动机领域，尤其涉及一种基于非平衡等离子体技术起爆和供气的旋转爆震发动机。

技术介绍

[0002]旋转爆震发动机是一种基于爆震燃烧的新概念推进系统。与常规燃气轮机或冲压发动机相比，旋转爆震发动机具有热效率高，结构简单，维护成本低，工作频率高等优点，是未来先进推进系统的理想动力之一。世界各国都在开展旋转爆震发动机方面相关的研究工作，并且投入的人力和物力日益剧增。
[0003]目前，旋转爆震发动机的试验研究主要以气态碳氢燃料为主，但是气态燃料通常情况下对存储要求比较高，而且体积能量密度小。液态碳氢燃料易存储运输，而且体积能量密度较高，更加适合作为发动机的燃料。在旋转爆震发动机中，为了防止回火的发生，通常燃料和氧化剂分开进行喷注。当燃料处于液态时，燃料和氧化剂掺混更加不均匀，不利于旋转爆震发动机的稳定工作。在燃料和氧化剂燃烧前，液态燃料还要经历雾化和蒸发过程，这一过程不利于燃料和氧化剂的快速掺混，导致燃烧不充分，进而对旋转爆震发动机的性能产生影响。此外，针对液态碳氢燃料，采用传统的火花塞难以在较短的时间内触发爆震波。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于非平衡等离子体技术起爆和供气的旋转爆震发动机，起爆装置为预爆管，在预爆管中通过缓燃向爆震转捩的形式先形成稳定传播的爆震波，然后爆震波由预爆管进入旋转爆震发动机燃烧室，引爆燃烧室内的燃料和氧化剂混合物。喷嘴内包含等离子体发生器，燃料在进入发动机燃烧室混合前经过电离，使得燃料中大分子变为小分子，这改变了燃烧系统的化学平衡，促进燃气混合，进而加快火焰传播，进一步提高燃烧效率。同时该方式可以强化燃烧过程，促使燃料燃尽，减少化学不完全燃烧热损失，降低污染气体的排放。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种基于非平衡等离子体起爆和供气的旋转爆震发动机，包括喷嘴、预爆管和发动机本体；
[0007]所述发动机本体包括燃烧室外环、燃烧室内环、中心锥和发动机盖板；所述燃烧室外环与燃烧室内环之间构成燃烧室，所述燃烧室一端设有发动机盖板，所述燃烧室另一端为出口；所述中心锥与燃烧室内环同轴相连；
[0008]所述预爆管安装在燃烧室外环上，且所述预爆管一端与燃烧室连通；所述预爆管进口处安装一个所述喷嘴；所述预爆管内设有火花塞；若干所述喷嘴安装在燃烧室内，且若干所述喷嘴位于预爆管一端与燃烧室的连接处和发动机盖板之间；所述喷嘴内设有互不连通的燃料流道和氧化剂流道；所述燃料流道的壁面内设有电极，在电极两侧施加电压，通过电离流道内的燃料介质，用于产生非平衡等离子体。
[0009]进一步，所述喷嘴包括燃料流道、氧化剂流道、高压电极和接地电极；所述燃料流道与氧化剂流道同轴布置；外环布置的所述燃料流道一端为燃料入口；内环布置的所述氧化剂流道一端为氧化剂入口；所述燃料流道的壁面分别设有高压电极和接地电极，构成放电腔；所述高压电极和接地电极分别与交流电源连接。
[0010]进一步，所述燃料流道内壁面设有第一绝缘壳，所述氧化剂流道外壁面设有第二绝缘壳，所述第一绝缘壳内安装环形的所述高压电极，所述第二绝缘壳内安装环形的接地电极。
[0011]进一步，所述燃料流道出口与氧化剂流道出口均沿流向渐缩。
[0012]进一步，所述预爆管包括燃气探测器、预爆震室和螺旋障碍物；所述预爆震室一端与燃烧室连通，所述预爆震室另一端安装火花塞，所述预爆震室内设有螺旋障碍物，所述预爆震室内设有燃气探测器，用于检测与燃烧室连通的预爆震室一端内可燃混合物浓度。
[0013]进一步，所述螺旋障碍物阻塞比为0.4
‑
0.5。
[0014]进一步，所述预爆管一端垂直安装于发动机燃烧室外环外，所述预爆震室与发动机燃烧室外环平行。
[0015]进一步，所述预爆管上设有沿流向渐缩的台阶。
[0016]进一步，所述燃料流道与氧化剂流道呈环状等间距分布；所述第一绝缘壳、第二绝缘壳、高压电极和接地电极同轴安装；所述燃料流道和氧化剂流道的入口分别设有电磁阀。
[0017]进一步，所述第一绝缘壳和第二绝缘壳的材料为陶瓷材料。
[0018]本专利技术的有益效果在于：
[0019]1.本专利技术所述的基于非平衡等离子体技术起爆和供气的旋转爆震发动机，通过电磁阀控制进气时间以及火花塞的点火时间，进而精确的控制发动机的点火时间。同时可以通过控制进气流量，控制发动机的点火强度。预爆管采用卧式安装，可以减小发动机的体积。
[0020]2.本专利技术所述的基于非平衡等离子体技术起爆和供气的旋转爆震发动机，通过在两个电极之间施加一定频率和电压的交流电，获得非平衡等离子体，使燃烧更加充分，提高燃烧效率，减少了因为不完全燃烧导致的有害气体排放。
[0021]3.本专利技术所述的基于非平衡等离子体技术起爆和供气的旋转爆震发动机，通过在预爆震室内安装螺旋障碍物，可以有效缩短缓燃向爆震转捩的距离和时间，从而缩短预爆管长度，减轻发动机重量。
[0022]4.本专利技术所述的基于非平衡等离子体技术起爆和供气的旋转爆震发动机，通过渐缩的预爆震室后半部分通道，强化爆震燃烧。
[0023]5.本专利技术所述的基于非平衡等离子体技术起爆和供气的旋转爆震发动机，通过发动机尾部安装中心锥有利于提升发动机性能。
[0024]6.本专利技术所述的基于非平衡等离子体技术起爆和供气的旋转爆震发动机，通过渐缩的燃料室和氧化剂室出口通道，促进了燃料和氧化剂的混合。
附图说明
[0025]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，下面描述中的附图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，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术所述的基于非平衡等离子体技术起爆和供气的旋转爆震发动机结构示意图。
[0027]图2为图1的A
‑
A剖视图。
[0028]图3为图2的喷嘴放大图。
[0029]图4为图1的B
‑
B剖视图。
[0030]图中：
[0031]1‑
燃烧室外环；2
‑
燃料入口；3
‑
发动机盖板；4
‑
氧化剂入口；5
‑
燃烧室内环；6
‑
中心锥；7
‑
第一喷嘴；8
‑
预爆管；9
‑
燃烧室；10
‑
电磁阀；11
‑
第二喷嘴；12
‑
第一绝缘壳；13
‑
高压电极；14
‑
第二绝缘壳；15
‑
接地电极；16
‑
燃料流道；17
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非平衡等离子体起爆和供气的旋转爆震发动机，其特征在于，包括喷嘴、预爆管(8)和发动机本体；所述发动机本体包括燃烧室外环(1)、燃烧室内环(5)、中心锥(6)和发动机盖板(3)；所述燃烧室外环(1)与燃烧室内环(5)之间构成燃烧室(9)，所述燃烧室(9)一端设有发动机盖板(3)，所述燃烧室(9)另一端为出口；所述中心锥(6)与燃烧室内环(5)同轴相连；所述预爆管(8)安装在燃烧室外环(1)上，且所述预爆管(8)一端与燃烧室(9)连通；所述预爆管(8)进口处安装一个所述喷嘴；所述预爆管(8)内设有火花塞(21)；若干所述喷嘴安装在燃烧室(9)内，且若干所述喷嘴位于预爆管(8)一端与燃烧室(9)的连接处和发动机盖板(3)之间；所述喷嘴内设有互不连通的燃料流道(16)和氧化剂流道(17)；所述燃料流道的壁面内设有电极，在电极两侧施加电压，通过电离流道内的燃料介质，用于产生非平衡等离子体。2.根据权利要求1所述的基于非平衡等离子体起爆和供气的旋转爆震发动机，其特征在于，所述喷嘴包括燃料流道(16)、氧化剂流道(17)、高压电极(13)和接地电极(15)；所述燃料流道(16)与氧化剂流道(17)同轴布置；外环布置的所述燃料流道(16)一端为燃料入口(2)；内环布置的所述氧化剂流道(17)一端为氧化剂入口(4)；所述燃料流道(16)的壁面分别设有高压电极(13)和接地电极(15)，构成放电腔；所述高压电极(13)和接地电极(15)分别与交流电源连接。3.根据权利要求2所述的基于非平衡等离子体起爆和供气的旋转爆震发动机，其特征在于，所述燃料流道(16)内壁面设有第一绝缘壳(12)，所述氧化剂流道(17)外壁面设有第二绝缘壳(14)，所述第一绝缘壳(12)内安装环形的所述高压电极(13)，所述第二绝缘壳(...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜超，潘剑锋，朱跃进，刘彦群，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：