一种自激爆震发动机制造技术

一种自激爆震发动机，由前端封闭、后端敞口的半封闭式爆震室、若干个沿爆震室内壁中心轴线向外呈放射状排列的凹槽构成的星形轴式起爆器以及燃料供给系统、点火系统、冷却系统和控制系统组成，其特征在于：利用膨胀波和压缩波在自由外表上交替反射的原理，通过进、排气共用半封闭式爆震室的敞口端，并通过起爆器对压力波能量的聚集来实现高频进气、起爆、燃烧和排气的工作循环。本发明专利技术不仅解决了自然吸气式脉冲爆震发动机在低速区间自适应高频起爆的高频进气问题，而且大大简化了爆震发动机的结构组成，具有体积小、重量轻、推重比高等诸多优点，未来在航空航天、军民商用载具等领域将具有广阔的应用前景。将具有广阔的应用前景。将具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种自激爆震发动机


[0001]本专利技术的自激爆震发动机是基于爆震燃烧的新概念发动机，属于自然吸气式脉冲爆震发动机领域。

技术介绍

[0002]脉冲爆震发动机是一种利用脉冲式爆震波来产生推力的新概念发动机，爆震波是一道自带压缩功能的超音速（约2000米/秒）燃烧波，在燃烧过程中爆震波对波前混合气几乎没有影响，爆震燃烧近似于等容燃烧，热循环效率（约49%）远高于传统发动机的等压燃烧（约27%），基于爆震燃烧的发动机具有燃烧和能量释放速度快、热循环效率高、燃料消耗率低、结构简单等诸多优点。
[0003]尽管脉冲爆震发动机具有诸多优点，但由于技术不足目前尚处于探索研究阶段，主要是自适应高频起爆的高频进气问题没有实质性进展。
[0004]目前自然吸气式脉冲爆震发动机的进气方案有两种：机械阀式和气动阀式，机械阀式虽然能够阻止燃气倒流，但阀门的开闭导致进气流阻周期性变化，进气相位不能自适应高频起爆，尤其在低速区间进气压力低、流量小、进气频率低、发动机推力小；气动阀式由于压力反传导致进气压力周期性脉动，同样在低速区间存在进气压力低、流量小、进气频率低、发动机推力小的问题。两种方案均不能解决爆震发动机在低速区间的高频进气问题，因此未能实现真正的应用，探究适用的高频进气方案是目前亟待解决的关键技术。

技术实现思路

[0005]一种自激爆震发动机，由前端封闭、后端敞口的半封闭式爆震室、若干个凹槽构成的起爆器以及燃料供给系统、点火系统、冷却系统和控制系统组成；所述起爆器的每个凹槽沿爆震室内壁中心轴线向外呈放射状排列，起爆器通过凹槽对压力波能量的聚集来实现起爆；所述放射状排列的每个凹槽对应于大气和/或汽化燃料以及爆震室内壁对压力波的一个会聚或经凹槽反射会聚的反射区，起爆器通过凹槽对大气和/或汽化燃料以及爆震室内壁反射压力波能量的聚集来实现起爆；所述会聚包括聚焦或汇聚；所述压力波包括大气压力波和/或高温、高压的汽化燃料压力波；所述高温、高压的汽化燃料通过起爆器预冷室和/或爆震室预冷室在对起爆器和/或爆震室壳体冷却的同时，也对液体燃料加热来实现；所述凹槽包括V形槽、单支双曲线形凹槽或两侧向一点收敛的光滑曲线形凹槽；所述单支双曲线是指双曲线中的一支；所述爆震室内壁包括旋转面或变径拉伸面；所述半封闭式爆震室的敞口端既是进气口或进气道，又是排气口或喷管；所述敞口端包括直匀管、收敛管、扩张管或收敛扩张管。
[0006]本专利技术的技术方案是：所述自激爆震发动机通过进、排气共用爆震室的敞口端，并通过起爆器对压力波能量的聚集来实现高频进气、起爆、燃烧（爆震波传播）和排气的工作循环。
附图说明
[0007]图1、自激爆震发动机本体示意图。
[0008]图2、自激爆震发动机横向结构示意图。
[0009]图3、图4、图5、自激爆震发动机纵向结构示意图。
[0010]图中：1－爆震室壳体；2－爆震室（内壁为抛物面）；3－爆震室敞口端（图3、图5敞口端为扩张管，图4敞口端为收敛扩张管）；4－起爆器（由6个单支双曲线形凹槽构成，末端为流线型）；5－起爆器焦点（图2）、起爆器焦点沿线（图3、图4、图5中的点线）；6－喷咀；7－点火器；8－起爆器预冷室中内外兼壁式预冷管（下简称预冷管，预冷管内外进出冷却液或液体燃料）；9－双曲线（左支的内焦点位于爆震室2中心轴线上，右支为起爆器4右侧凹槽的准线）；10－向心压力波；11－预冷室；12－环形喷口。
[0011]连接过程：起爆器4沿爆震室2中心轴线方向与爆震室2封闭端连接；喷咀6和点火器7分别沿爆震室2周圈连接爆震室壳体1；预冷管8内外连通冷却系统或燃料供给系统。图5中预冷管8连通起爆器4预冷室（图2中预冷管8外环形腔室）；起爆器4预冷室连通爆震室壳体1预冷室11；预冷室11连通环形喷口12；液体燃料从预冷管8流入，经起爆器4预冷室至爆震室壳体1预冷室11，通过预冷室在对起爆器4和爆震室壳体1冷却的同时，液体燃料也被加热转变成高温、高压的汽化燃料，汽化燃料经环形喷口12向心喷出。
[0012]图中示意由六个单支双曲线形凹槽构成的星形轴式起爆器，凹槽横截面中每个单支双曲线的外焦点均位于单支双曲线所对应爆震室2的内壁横截面圆弧的圆心上，使对应圆弧反射的向心压力波10经单支双曲线反射后会聚至单支双曲线的内焦点5，设爆震室2任一横截面内壁的半径为r，双曲线9的实轴长为2a，则向心压力波10经单支双曲线反射至内焦点的路径长度均为r
‑
2a。
[0013]平面圆内若干个单支双曲线的外焦点均位于圆心且沿圆周分布连接成曲边形，曲边形沿垂直于平面的方向平移形成的几何体为直匀式单支双曲线形凹槽的起爆器，直匀式单支双曲线形凹槽对向心压力波（向通过圆心且垂直于平面的中心轴线上聚心的压力波）具有反射聚焦的性质。
[0014]若干个沿旋转面中心轴线向外呈放射状排列的直匀式V形槽（每个直匀式V形槽的两个侧面延展的交线均与旋转面中心轴线重合）构成的异形轴式起爆器对向心压力波（向旋转面中心轴线上聚心的压力波）具有汇聚的性质。
具体实施方式
[0015]如图1～图5所示实施例中自激爆震发动机的工作循环包括进气、起爆、燃烧（爆震波传播）和排气四个基本过程。
[0016]一、进气：启动时通过爆震室周圈的点火器放电来直接起爆爆震波，而后爆震波向点火器外围超音速传播，在爆震波所经之处燃料混合气发生剧烈的燃烧（爆震燃烧），最后经爆震室内壁（抛物面相当于推力壁）反射时产生推力，反射激波以超音速从敞口端排出，同时产生反射膨胀波进入爆震室带走爆震产物（燃烧产生的废气），爆震室内形成低压真空状态，自动吸入空气燃料混合气（在大气压力的作用下，空气从敞口端与喷咀或环形喷口喷射的燃料混合进入爆震室）。
[0017]二、起爆：在进气过程完成时，在敞口端反射的大气压力波和/或环形喷口反射的
汽化燃料压力波中向心传播的压力波经起爆器的凹槽反射聚焦，非向心传播的压力波经爆震室内壁反射至起爆器的凹槽，再经凹槽反射聚焦，使凹槽中焦点沿线上燃料混合气形成局部的高温、高压区，直接起爆爆震波。
[0018]三、燃烧：由起爆产生的爆震波向起爆器外围超音速传播，在爆震波所经之处燃料混合气发生剧烈的化学反应，同时伴随着高速的能量释放，在爆震波传播过程中爆震产物的膨胀压力又助推爆震波继续向外围传播，最后经爆震室内壁反射时产生推力，反射激波以超音速向敞口端传播排出爆震室。
[0019]四、排气：在反射激波到达敞口端时，产生反射膨胀波进入爆震室，带走爆震产物（燃烧产生的废气），爆震室内形低压成真空状态，再次吸入空气燃料混合气，开启新的工作循环。
[0020]本专利技术的自激爆震发动机通过共用爆震室的敞口端来进气和排气，并通过起爆器对压力波能量的聚集来直接起爆爆震波，能够实现极高的工作频率（约数千至数万赫兹），不仅解决了自然吸气式脉冲爆震发动机自适应高频起爆的高频进气问题，而且大大简化了爆震发动机的结构组成，具有体积小、重量轻、推重比高等诸多优点，未来在航空航天、军民本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自激爆震发动机，由前端封闭、后端敞口的半封闭式爆震室、若干个凹槽构成的起爆器以及燃料供给系统、点火系统、冷却系统和控制系统组成，其特征在于：通过共用半封闭式爆震室的敞口端来进气和排气，并通过起爆器对压力波能量的聚集来实现起爆。2.根据权利要求1所述的自激爆震发动机，其特征在于：所述起爆器的每个凹槽沿爆震室内壁中心轴线向外呈放射状排列，起爆器通过凹槽对压力波能量的聚集来实现起爆。3.根据权利要求2所述的自激爆震发动机，其特征在于：所述放射状排列的每个凹槽对应于大气和/或汽化燃料以及爆震室内壁对压力波的一个会聚或经凹槽反射会聚的反射区，起爆器通过凹槽对大气和/或汽化燃料以及爆震室内壁反射压力波能量的聚集来实现起爆。4.根据权利要求3所述的自激爆震发动机，其特征在于：所述会聚包括聚焦或汇聚。5.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈科，陈鸿，陈玲，陈道如，
申请(专利权)人：陈道如，
类型：发明
国别省市：