一种利用特斯拉涡轮实现爆震燃烧室高压起爆的结构制造技术

本发明专利技术公开了一种利用特斯拉涡轮实现爆震燃烧室高压起爆的结构，包括爆震燃烧室、特斯拉涡轮以及电机；所述特斯拉涡轮的进口与爆震燃烧室的出口相连接；所述电机为特斯拉涡轮的转子提供启动转速。利用特斯拉涡轮的径向压力梯度在爆震燃烧室内创造高压低流速的氛围，提高了起爆初始压力。同时，特斯拉涡轮可以利用黏性力将爆震燃气脉动周期内的大部分能量转化为轴功进行输出，并且特斯拉涡轮的狭缝尺度远小于爆震波传播极限准则，可用于爆震波的熄爆，具有极大的性能增益和应用价值。具有极大的性能增益和应用价值。具有极大的性能增益和应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种利用特斯拉涡轮实现爆震燃烧室高压起爆的结构


[0001]本专利技术涉及爆震涡轮发动机
，具体涉及一种利用特斯拉涡轮实现爆震燃烧室高压起爆的结构。

技术介绍

[0002]随着社会和工业的发展，对动力装置的效率、功率密度、新型燃料适应性的要求增高。使燃料在机器内部燃烧并使用燃气直接做功装置被称为内燃机，常见的活塞往复式发动机、三角转子发动机、涡轮发动机、脉冲发动机等都属于内燃机范畴，它们可以将燃料的热能转化为机械能，十分便捷可靠。内燃机自专利技术至今已有百年历史，它作为动力装置的代表在人们生活中服务着方方面面，是现代社会的重要组成部分。燃烧是内燃机的核心之一，内燃机技术的发展离不开燃烧科学技术的发展。爆燃波和爆震波是自然界中存在的两种燃烧波，由于爆震比爆燃有着理论上的优点，爆震燃烧的研究在近几十年得到了极大的重视。爆震波因其自增压的特性，使得爆震燃烧比等压燃烧在相同初压下可以达到更高的温度从而获得更高的热效率。
[0003]现有的爆震燃烧的应用方法主要有三种：脉冲爆震、旋转爆震、驻定爆震，前两者在技术上相对更容易实现，迄今已有非常多的技术方案。在这些方案中，无论是将爆震燃烧的产物直接用于推进的纯爆震发动机，还是将爆震燃烧室与传统涡轮发动机相结合的爆震涡轮发动机，其爆震燃烧室内可实现的起爆初始压力大都为大气压。这使得爆震燃烧相比等压燃烧虽有自增压的优势，但等压燃烧室可以在压气机的作用下达到更高的压力和热效率，且爆震燃烧室与传统叶片涡轮搭配的效率也低于等压燃烧室。此外，提高爆震燃烧室的起爆初始压力可以使DDT(DeflagrationtoDetonationTransition，爆燃向爆震转变)和爆震波传播过程更快速稳定，提高爆震燃烧室的起爆初始压力具有重要意义。但在现有的基于爆震燃烧的发动机中，提高燃烧室内的起爆初始压力往往会导致流场不稳定点火困难，因此，如何用具有应用价值的手段在爆震燃烧室内创造一个高压低流速易于点火的氛围急需解决方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种利用特斯拉涡轮实现爆震燃烧室高压起爆的结构，采用特斯拉涡轮在运转过程中可以产生径向压力梯度的原理，在爆震燃烧室出口处设置特斯拉涡轮，利用特斯拉涡轮的高速转动使爆震燃烧室内预混可燃气的静压升高流速降低，从而实现爆震燃烧室的高压起爆。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种利用特斯拉涡轮实现爆震燃烧室高压起爆的结构，包括爆震燃烧室、特斯拉涡轮以及电机；
[0007]所述特斯拉涡轮的进口与爆震燃烧室的出口相连接；
[0008]所述电机为特斯拉涡轮的转子提供启动转速。
[0009]进一步地，所述特斯拉涡轮用于提高爆震燃烧室内的静压并降低点火时刻的燃气流速，同时将爆震燃气的动能转换为机械能进行输出。
[0010]进一步地，所述特斯拉涡轮由多个同轴旋转的圆盘构成，圆盘圆心开口，圆盘之间留有缝隙；所述特斯拉涡轮圆盘的外径处进口与爆震燃烧室的出口相连接。
[0011]进一步地，高速流体沿圆盘外径从缝隙切向进入，低速流体从圆盘圆心开口处排出，在黏性力作用下流体与圆盘产生动量交换，流体的部分动能变成特斯拉涡轮的轴功向外界输出。
[0012]进一步地，所述爆震燃烧室为脉冲爆震燃烧室，并设置有多个，形成脉冲爆震燃烧室群；多个脉冲爆震燃烧室环形排列在特斯拉涡轮的周围且其各个出口与特斯拉涡轮的外径处所对应的进口相接。
[0013]进一步地，每个所述脉冲爆震燃烧室采用有阀有隔离控制策略，其工作循环分为隔离、填充、起爆三个阶段；所述特斯拉涡轮在隔离、填充阶段调节起爆初始压力，进入脉冲爆震特斯拉涡轮发动机的气体或气液混合物流经爆震燃烧室群和特斯拉涡轮后排向大气，此时燃烧室通道内流体的静压和流速由进气压力和特斯拉涡轮的转速决定。
[0014]进一步地，所述特斯拉涡轮圆盘之间的流道用于爆震波的熄爆。
[0015]进一步地，所述电机在燃料开始燃烧以及特斯拉涡轮达到指定转速后作为发电机使用，产生电能并向外界输出。
[0016]进一步地，所述爆震燃烧室为旋转爆震燃烧室，并设置有多个，形成旋转爆震燃烧室群；多个旋转爆震燃烧室环形排列在特斯拉涡轮的周围且其各个出口与特斯拉涡轮外径处所对应的进口相接。
[0017]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
[0018]1.利用特斯拉涡轮的径向压力梯度在爆震燃烧室内创造高压低流速的氛围，提高了起爆初始压力。同时，特斯拉涡轮可以利用黏性力将爆震燃气脉动周期内的大部分能量转化为轴功进行输出，并且特斯拉涡轮的狭缝尺度远小于爆震波传播极限准则，可用于爆震波的熄爆，具有极大的性能增益和应用价值。
[0019]2.本专利技术提出的爆震特斯拉涡轮装置，可以通过调节特斯拉涡轮的转速与燃烧室的进气压力，实现对爆震燃烧室内起爆初始压力的精确控制，起爆初始压力最高可以达到数倍于大气压力。
[0020]3.本专利技术提高了爆震燃烧室的起爆初始压力，在有限频率内成倍提升了爆震燃烧室功率密度并加强了爆震燃烧的稳定性。
附图说明
[0021]图1为爆震燃烧室与特斯拉涡轮的基础匹配结构；
[0022]图2为脉冲爆震燃烧室与特斯拉涡轮的配合；
[0023]图3为脉冲爆震特斯拉涡轮发动机燃烧室尾部压力测点的理想静压曲线；
[0024]图4为特斯拉涡轮中产生的径向压力梯度与相邻燃烧室通道内被提高的静压；
[0025]图5为旋转爆震燃烧室与特斯拉涡轮的配合；
[0026]图6为旋转爆震特斯拉涡轮发动机燃烧室尾部压力测点的理想静压曲线；
[0027]图中：1、爆震燃烧室(脉冲爆震)；2、特斯拉涡轮(辐条结构)；3、脉冲爆震燃烧室
群；4、燃烧室与涡轮密封盖；5、特斯拉涡轮(悬臂结构)；6、高速电机；7、悬臂结构特斯拉涡轮单层流道；8、旋转爆震燃烧室群；9、涡轮密封盖；10、特斯拉涡轮(空心轴结构)；11、高速电机。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。
[0029]实施例1：
[0030]参阅图1所示，为爆震燃烧室与特斯拉涡轮的基础匹配结构，主要有爆震燃烧室1、特斯拉涡轮2以及高速电机。
[0031]其中，该爆震燃烧室用于进行爆震燃烧；特斯拉涡轮的进口与爆震燃烧室的出口相连接用于提高爆震燃烧室内的静压并降低点火时刻的燃气流速，同时可将爆震燃气的动能转换为机械能进行输出，高速电机用于为特斯拉涡轮转子提供启动转速，使爆震燃烧室内的起爆初始压力达到指定值。
[0032]如此，采用特斯拉涡轮在运转过程中可以产生径向压力梯度的原理，在爆震燃烧室出口处设置特斯拉涡轮，利用特斯拉涡轮的高速转动使爆震燃烧室内预混可燃气的静压升高流速降低，从而实现爆震燃烧室的高压起爆。
[0033]具体地，该特斯拉涡轮2由多个同轴旋转的圆盘构成，圆盘之间留有缝隙，圆盘圆心开口，圆盘之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用特斯拉涡轮实现爆震燃烧室高压起爆的结构，其特征在于，包括爆震燃烧室、特斯拉涡轮以及电机；所述特斯拉涡轮的进口与爆震燃烧室的出口相连接；所述电机为特斯拉涡轮的转子提供启动转速。2.如权利要求1所述的利用特斯拉涡轮实现爆震燃烧室高压起爆的结构，其特征在于，所述特斯拉涡轮用于提高爆震燃烧室内的静压并降低点火时刻的燃气流速，同时将爆震燃气的动能转换为机械能进行输出。3.如权利要求1或2所述的利用特斯拉涡轮实现爆震燃烧室高压起爆的结构，其特征在于，所述特斯拉涡轮由多个同轴旋转的圆盘构成，圆盘圆心开口，圆盘之间留有缝隙；所述特斯拉涡轮圆盘的外径处进口与爆震燃烧室的出口相连接。4.如权利要求3所述的利用特斯拉涡轮实现爆震燃烧室高压起爆的结构，其特征在于，高速流体沿圆盘外径从缝隙切向进入，低速流体从圆盘圆心开口处排出，在黏性力作用下流体与圆盘产生动量交换，流体的部分动能变成特斯拉涡轮的轴功向外界输出。5.如权利要求1所述的利用特斯拉涡轮实现爆震燃烧室高压起爆的结构，其特征在于，所述爆震燃烧室为脉冲爆震燃烧室，并设置有多个，形成脉冲爆震燃烧室群；多个脉冲爆震燃烧室环形...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪小憨，叶悦，杨子昕，李涛，杨卫斌，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：