一种基于补氧点火的旋转爆震燃烧室制造技术

本发明专利技术专利为一种基于补氧点火的旋转爆震燃烧室，包括旋转爆震燃烧室和补氧装置。在旋转爆震燃烧室点火前，通过补氧装置向燃烧室内供给氧气，为火花塞周边创造富氧促燃区域，提高周边反应物活性，以促进火核稳定形成，进而促进旋转爆震波的形成，针对某些工况，补氧点火可将点火成功率由0提升至100％。本发明专利技术仅需额外安装补氧装置，复杂程度和装置重量远小于预爆管，并且点火成功率远高于火花塞点火，有效提高旋转爆震燃烧室复杂工况下的适应性与可靠性。本发明专利技术可用于爆震推进技术领域。本发明专利技术可用于爆震推进技术领域。本发明专利技术可用于爆震推进技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于补氧点火的旋转爆震燃烧室


[0001]本专利技术涉及爆震推进
，具体为一种基于补氧点火的旋转爆震燃烧室。

技术介绍

[0002]旋转爆震燃烧可实现接近等容燃烧的循环过程，其热循环效率高于传统喷气式发动机中的等压燃烧，且释热速率快、燃烧室结构简单。因此，旋转爆震燃烧受到了世界各国的广泛关注，已成为航空航天推进领域的研究热点之一。
[0003]通常，在旋转爆震燃烧室中获得稳定爆震波的方式主要有两种：一是利用火花塞、燃烧丝等形成点火源，并快速发展成爆震波，从而触发旋转爆震波的稳定自持传播。尽管这种点火方式结构简单，但在反应物活性较低或是反应物流速较高时，难以形成稳定的火核并最终触发爆震，故点火成功率较低。二是利用预爆管向燃烧室内切向或垂直导入预先形成的爆震波，直接引爆燃烧室内的可燃混合物，进而实现燃烧室稳定工作。虽然这种点火方式的点火成功率远高于火花塞，但是，燃烧室需要额外的预爆管及对应的供给点火系统，增加了燃烧室的重量和复杂度，不利于旋转爆震燃烧室实际应用。
[0004]因此，针对旋转爆震燃烧室设计一种简单高效的点火装置显得尤为重要，本专利技术为一种基于补氧点火的旋转爆震燃烧室，其点火方式兼具火花塞和预爆管两种点火方式的优点，点火成功率高且结构简单，对旋转爆震燃烧室的实际应用具有重要意义。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题
[0006]针对当前旋转爆震燃烧室预爆管结构较为复杂且系统重量大，而火花塞点火成功率低的问题，本专利技术提出了一种基于补氧点火的旋转爆震燃烧室。在旋转爆震燃烧室点火前，通过补氧装置向燃烧室内供给氧气，为火花塞周边创造富氧促燃区域，提高周边反应物活性，以促进火核稳定形成，进而促进旋转爆震波的形成，针对某些工况，补氧点火可将点火成功率由0提升至100％。本专利技术仅需额外安装补氧装置，复杂程度和装置重量远小于预爆管，并且点火成功率远高于火花塞点火，有效提高旋转爆震燃烧室复杂工况下的适应性与可靠性。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种基于补氧点火的旋转爆震燃烧室，包括旋转爆震燃烧室和补氧装置。其特征在于：在旋转爆震燃烧室点火前，通过补氧装置向燃烧室内供给氧气，为火花塞周边创造富氧促燃区域，提高周边反应物活性，促进火核快速稳定形成，进而促进旋转爆震波的形成。补氧点火方式的复杂程度和装置重量远小于预爆管，并且点火成功率远高于火花塞点火，有助于提高旋转爆震燃烧室复杂工况下的适应性与可靠性。
[0009]所述补氧装置的安装位置应在火花塞上游，同时，其周向位置与火花塞形成的夹角θ不大于30
°
，确保可以在火花塞周围形成富氧促燃区域。根据实际情况，补氧装置的轴向位置可以进行调整，可置于氧化剂供给腔外环，亦可置于燃烧室外环。补氧装置工作时，补
氧时长可控：一般工况下，可选择先补氧后点火；对于复杂工况，可选择延长补氧时间，在补氧进行时点火，进一步提高点火成功率。
[0010]所述旋转爆震燃烧室由氧化剂供给腔外环、氧化剂供给腔内环、燃料喷孔、火花塞、燃烧室内柱、燃烧室外环、尾喷管外环和尾喷管内柱组成。对于空筒形燃烧室，可略去燃烧室内柱和尾喷管内柱，专利技术原理依然适用。氧化剂经氧化剂环缝、燃料经燃料喷孔进入燃烧室环形流道，在环形流道充分掺混，火花塞点火后，在旋转爆震燃烧室环形流道内形成沿周向旋转的爆震波，燃烧产物经喷管向后高速排出。
[0011]所述氧化剂环缝由氧化剂供给腔外环与氧化剂供给腔内环组成，燃烧室环形流道由燃烧室外环与燃烧室内柱组成。
[0012]有益效果：
[0013]采用本专利技术提供的一种基于补氧点火的旋转爆震燃烧室，在旋转爆震燃烧室点火前，通过补氧装置向燃烧室内供给氧气，为火花塞周边创造富氧促燃区域，提高周边反应物活性，以促进火核稳定形成，进而促进旋转爆震波的形成，针对某些工况，补氧点火可将点火成功率由0提升至100％。本专利技术仅需额外安装补氧装置，复杂程度和装置重量远小于预爆管，并且点火成功率远高于火花塞点火，有效提高旋转爆震燃烧室复杂工况下的适应性与可靠性。本专利技术可用于爆震推进

附图说明
[0014]图1为基于补氧点火的旋转爆震燃烧室示意图(补氧装置位于氧化剂供给腔外环)；
[0015]图2为基于补氧点火的旋转爆震燃烧室示意图(补氧装置位于燃烧室外环)；
[0016]图3为火花塞与补氧装置之间相对位置示意图；
[0017]图4为工作时序
①
；
[0018]图5为工作时序
②
；
[0019]图6为采用补氧点火的旋转爆震波压力波形图。
[0020]其中，1为氧化剂区域，2为氧化剂供给腔内环，3为燃料区域，4为补氧装置，5为氧化剂供给腔外环，6为燃料喷孔，7为火花塞，8为燃烧室内柱，9为富氧促燃区域，10为燃烧室外环，11为反应物混合区域，12为尾喷管外环，13为尾喷管内柱。
具体实施方式
[0021]下面结合附图以及具体实施过程对本专利技术作进一步说明。
[0022]本专利技术为一种基于补氧点火的旋转爆震燃烧室，包括旋转爆震燃烧室和补氧装置4。其特征在于旋转爆震燃烧室由氧化剂供给腔外环5、氧化剂供给腔内环2、燃料喷孔6、火花塞7、燃烧室内柱8、燃烧室外环10、尾喷管外环12和尾喷管内柱13组成。氧化剂环缝由氧化剂供给腔内环2与氧化剂供给腔外环5组成。燃烧室环形流道由燃烧室内柱8与燃烧室外环10组成。补氧装置4的安装位置应在火花塞7上游，同时，其周向位置与火花塞7形成的夹角θ不大于30
°
，确保可以在火花塞7周围形成富氧促燃区域9。
[0023]实施例1：旋转爆震燃烧室结构参照图1，补氧装置安装在氧化剂供给腔外环5。工作时序参照图4，在进行点火操作时，氧化剂、燃料供给与补氧装置4同时开启，局部补氧后
的氧化剂经氧化剂环缝、燃料经燃料喷孔6进入燃烧室环形流道，可燃混气在环形流道充分掺混，在火花塞7附近形成富氧促燃区域9，之后补氧装置4关闭，火花塞7点火，在旋转爆震燃烧室环形流道内形成沿周向旋转的爆震波，燃烧产物经喷管向后高速排出。
[0024]针对本实施例进行实验，采用空气为氧化剂，乙烯为燃料，在空气质量流量为160g/s条件下，对于任何当量比均无法直接利用火花塞7触发旋转爆震波；然而，采用补氧点火后，在氧气的帮助下可以利用火花塞7触发旋转爆震波，其压力波形如图6所示，起爆成功率可由0提升至100％。可见，采用补氧点火方式，能够在保证起爆成功率的基础上，大幅减少起爆装置的复杂度和重量，有利于提高旋转爆震燃烧室复杂工况下的适应性与可靠性。
[0025]实施例2：旋转爆震燃烧室结构参照图2，补氧装置安装在燃烧室外环10。工作时序参照图4，在进行点火操作时，氧化剂、燃料供给与补氧装置4同时开启，氧化剂经氧化剂环缝、燃料经燃料喷孔6进入燃烧室环形流道，补氧装置4供给的氧气与可燃混气在环形流道充分掺混，在火花塞7附近形成富氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于补氧点火的旋转爆震燃烧室，包括旋转爆震燃烧室和补氧装置。其特征在于：在旋转爆震燃烧室点火前，通过补氧装置向燃烧室内供给氧气，为火花塞周边创造富氧促燃区域，提高周边反应物活性，促进火核快速稳定形成，进而促进旋转爆震波的形成。补氧点火方式的复杂程度和装置重量远小于预爆管，并且点火成功率远高于火花塞点火，有助于提高旋转爆震燃烧室复杂工况下的适应性与可靠性。补氧装置的安装位置应在火花塞上游，同时，其周向位置与火花塞形成的夹角θ不大于30
°
，确保可以在火花塞周围形成富氧促燃区域。根据实际设计情况，补氧装置的轴向位置可以进行调整，可置于氧化剂供给腔外环，亦可置于燃烧室外环。补氧装置工作时，补氧时长可控。一般工况下，可选择先补氧后点火；对...

【专利技术属性】
技术研发人员：王可，曹力文，赵明皓，沙宇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：