一种高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机制造技术

本发明专利技术公开了一种高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机，采用多管共轴叠加呈倒锥台形结构，嵌套在发动机外壳体与内壳体之间的锥环形通道中,锥环形通道位于氧化剂存储腔和隔离气体存储腔之间；工作过程中锥螺旋式爆震管中燃气的高温可对两侧腔体中的气体进行预热，同时腔体中气体对锥螺旋式爆震管进行冷却，避免烧坏爆震管，利用回热原理提高发动机热循环效率。锥螺旋式爆震管设置有增强段，可燃混合气体填充时间很短，能显著地缩短DDT距离和时间,提高了发动机的工作频率；利用脉冲爆震波产生高温、高压燃气并高速喷射来产生周期性推力。高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机结构简单，无增压部件和旋转部件，体积小、加工方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及脉冲爆震发动机
，具体地说，涉及一种高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机。
技术介绍
脉冲爆震发动机属于非稳态发动机,是一种利用脉冲爆震波产生高温、高压燃气并进行高速喷射来产生周期性推力的新概念推进装置。按照其是否自带氧化剂，脉冲爆震发动机可分为吸气式脉冲爆震发动机和火箭式脉冲爆震发动机。在现有常规尺度的脉冲爆震发动机中，为了保证爆震管的填充流量，供给电磁阀的孔径不能太小，而大孔径电磁阀又难以高频响应，因此严重限制了常规尺度脉冲爆震发动机工作频率的提升，从而限制了发动机的推力提升。另外，对于常规脉冲爆震发动机，由于DDT (Def lagration to Detonation Transition,简称DDT)距离的限制使得其轴向长度很难缩短，因此限制了发动机外形尺寸的缩小。现已有研究证明爆震波能够实现在螺旋管中传播，并且螺旋管式爆震管中由于离心力作用产生的径向、轴向和周向的二次流可以促进燃烧中热与质的交换、加速掺混，且能有效地缩短DDT距离。对于已有的微动力装置，其燃烧方式均为缓燃燃烧，其热循环效率远低于爆震循环。另外，为了保证产生一定的循环功，现有微动力装置的结构中大多包含增压部件，使得结构的复杂性大大增加。以现有的微型涡轮喷气发动机而言，其结构中就包含了以几十万转/分旋转的涡轮和压气机部件，该装置在提高了发动机推重比和能量密度的同时也使得其结构复杂程度增加，很难达到普及应用。将微动力装置和爆震燃烧循环的特点结合，研究基于爆震燃烧的微动力装置具有重要的意义和广阔的应用前景。
技术实现思路
为了避免现有技术存在的不足，克服常规脉冲爆震发动机能量密度低、工作频率低的问题；本专利技术提出一种高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机，其采用锥螺旋形爆震管，缩小了脉冲爆震发动机的体积和轴向长度，提高了热动力装置的能量密度；发动机的爆震管体积较小，结构简单，能有效地缩短燃料的填充时间，提高其工作频率和发动机的推重比。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是包括氧化剂存储腔、氧化剂进气管、隔离气体存储腔、隔离气体进气管、增强段、1#高频电磁阀、2#高频电磁阀、脉冲点火器、分流室、锥螺旋式爆震管、拉瓦尔喷管、引射器喷管、引射导流装置、锥环形通道，所述锥螺旋式爆震管采用多管共轴叠加呈倒锥台形结构，嵌套在发动机外壳体与内壳体之间的锥环形通道中，锥环形通道位于氧化剂存储腔和隔离气体存储腔之间，分流室位于锥螺旋式爆震管的上方；锥螺旋式爆震管上端与分流室固连，下端与引射导流装置固连；氧化剂进气管位于分流室的上方与分流室上端部的氧化剂入口相连通，另一端与氧化剂存储腔连通，2#高频电磁阀安装在氧化剂进气管管壁上靠近分流室；脉冲点火器位于氧化剂进气管上2#高频电磁阀与分流室之间；隔离气体进气管位于分流室的下方与分流室下端部的隔离气体入口相连通，另一端与隔离气体存储腔连通，1#高频电磁阀安装在隔离气体进气管的管壁上靠近分流室。所述增强段位于锥螺旋式爆震管的前段与分流室相连通；增强段内腔设置有螺旋凹槽；螺旋凹槽的剖面为矩形，其螺距为爆震管内径的1-1. 5倍，螺旋升角为30-45度，螺旋凹槽的深度和宽度为爆震管内径的1/3。所述分流室为两端封闭的圆筒状腔体，两封闭端中心部位有氧化剂入口和隔离气体入口，圆筒壁上设有三个连接孔呈120度分布。氧化剂进气管直径、隔离气体进气管的直径小于爆震管的直径。锥螺旋式爆震管轴向长度和发动机外壳体圆柱段长度相同。分流室、锥螺旋式爆震管、拉瓦尔喷管、引射导流装置安装在同一轴线上。有益效果本专利技术一种高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机，采用多根细管复合叠加形成锥螺旋式爆震管，爆震管之间紧密贴合呈锥环结构，利用脉冲爆震波产生高温、高压燃气并高速喷射来产生周期性推力。锥螺旋式爆震管体积极小,可燃混合气体填充时间很短，同时，由于增强段中设置有凹形槽，显著地缩短了 DDT距离和时间，提高了发动机的工作频率。锥螺旋式爆震管嵌套在锥环形通道中，位于氧化剂存储腔和隔离气体存储腔之间，工作过程中锥螺旋式爆震管中燃气的高温可对两侧腔体中的气体进行预热，同时腔体中气体对锥螺旋式爆震管进行冷却，避免烧坏爆震管，利用回热原理可提高该发动机热循环效率。采用锥螺旋形爆震管，缩小了爆震发动机的体积和轴向长度，提高了该热动力装置的能量密度。高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机无增压部件和任何旋转部件，具有结构简单、重量轻，加工方便、成本低的特点。附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术一种高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机作进一步详细说明。图1为本专利技术高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机示意图。图2为锥螺旋式爆震管的增强段的剖视图。图3为氧化剂、点火时间和隔离气体的工作时序图。图4为锥螺旋式爆震管示意图。图5为发动机的壳体示意图。图6为拉瓦尔喷管剖视图。图7为氧化剂进气管示意图。图8为隔离气体进气管示意图。图中1.氧化剂存储腔2.氧化剂进气管3.增强段4. 1#高频电磁阀5. 2#高频电磁阀6.脉冲点火器7.分流室8.隔离气体进气管9.隔离气体存储腔10.锥螺旋式爆震管11.引射导流装置12.拉瓦尔喷管13.引射器喷管14.氧化剂入口 15.锥环形通道具体实施例方式本实施例是一种高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机。参阅图1-图8，本专利技术高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机的外壳体上半段为圆柱形，下半段为圆锥状。发动机的内壳体的内部曲面形成引射器的通道，引射器通道分为上、中、下三段，上段呈喇叭形，中间段为圆柱形状，下半段为扩张喷管，引射器喷管13的出口直径等于壳体的下端口直径。发动机的内、外部壳体之间形成空腔体，腔体被锥环形通道15隔开形成上、下部分两个腔室，上部较小的为隔离气体存储腔9存储隔离气体，下部较大的腔体为氧化剂存储腔I存储燃料和氧化剂，如图5所示。多根细管复合叠加形成锥螺旋式爆震管10，爆震管之间紧密贴合，不留缝隙形成锥环结构，锥螺旋式爆震管10嵌套在锥环形通道15中。锥螺旋式爆震管10的上端面与发动机的壳体的上端面平齐安装，锥螺旋式爆震管10轴向长度与发动机外壳体圆柱段长度相同，上端面直径等于发动机外壳体内直径，下端面直径等于引射器通道的最小直径。锥螺旋式爆震管10上端口通过圆滑的增强段3连接到发动机上端面中心处的分流室7上，增强段3中内腔道设置有螺旋凹槽，如图2所示。分流室7为圆柱形腔室，其上、下端面的中心处各有进气通孔，上端通孔连接氧化剂进气管2，下端通孔连接隔离气体进气管8 ;氧化剂进气管2上安装有2#高频电磁阀5和脉冲点火器6，隔离气体进气管8上安装有1#高频电磁阀4。锥螺旋式爆震管10的下端出口通过管路圆滑过渡连接到拉瓦尔喷管12上，拉瓦尔喷管12的轴向长度为自身直径的2倍。拉瓦尔喷管12外部的上端构型设计成平滑曲线以减小对引射气流的阻力。分流室7和锥螺旋式爆震管10、拉瓦尔喷管12之间的连接关系，如图4所示。安装时，分流室7、锥螺旋式爆震管10、拉瓦尔喷管12、引射器喷管13和引射导流装置11应均处在发动机的中心轴线上。发动机结构中氧化剂存储腔I的体积为隔离气体存储腔9体积的3倍。结构中氧化剂进气管2和隔离气体进气管8的直径小于锥螺旋式爆震管10的直径。工作循环过程本专利技术高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机，采用气态燃料的预混填充模式工作，选乙烯-氧气分别作为燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机,其特征在于:包括氧化剂存储腔、氧化剂进气管、隔离气体存储腔、隔离气体进气管、增强段、1#高频电磁阀、2#高频电磁阀、脉冲点火器、分流室、锥螺旋式爆震管、拉瓦尔喷管、引射器喷管、引射导流装置、锥环形通道，所述锥螺旋式爆震管采用多管共轴叠加呈倒锥台形结构，嵌套在发动机外壳体与内壳体之间的锥环形通道中,锥环形通道位于氧化剂存储腔和隔离气体存储腔之间，分流室位于锥螺旋式爆震管的上方；锥螺旋式爆震管上端与分流室固连，下端与引射导流装置固连；氧化剂进气管位于分流室的上方与分流室上端部的氧化剂入口相连通，另一端与氧化剂存储腔连通，2#高频电磁阀安装在氧化剂进气管管壁上靠近分流室；脉冲点火器位于氧化剂进气管上2#高频电磁阀与分流室之间；隔离气体进气管位于分流室的下方与分流室下端部的隔离气体入口相连通，另一端与隔离气体存储腔连通，1#高频电磁阀安装在隔离气体进气管的管壁上靠近分流室。

【技术特征摘要】
1.一种高频锥螺旋管式脉冲爆震发动机，其特征在于:包括氧化剂存储腔、氧化剂进气管、隔离气体存储腔、隔离气体进气管、增强段、1#高频电磁阀、2#高频电磁阀、脉冲点火器、分流室、锥螺旋式爆震管、拉瓦尔喷管、引射器喷管、引射导流装置、锥环形通道， 所述锥螺旋式爆震管采用多管共轴叠加呈倒锥台形结构，嵌套在发动机外壳体与内壳体之间的锥环形通道中，锥环形通道位于氧化剂存储腔和隔离气体存储腔之间，分流室位于锥螺旋式爆震管的上方；锥螺旋式爆震管上端与分流室固连，下端与引射导流装置固连；氧化剂进气管位于分流室的上方与分流室上端部的氧化剂入口相连通，另一端与氧化剂存储腔连通，2#高频电磁阀安装在氧化剂进气管管壁上靠近分流室；脉冲点火器位于氧化剂进气管上2#高频电磁阀与分流室之间；隔离气体进气管位于分流室的下方与分流室下端部的隔离气体入口相连通，另一端与隔离气体存储腔连通，1#高频电磁阀安装在隔离气体进气管的管壁上靠近分流室。...

【专利技术属性】
技术研发人员：范玮，靳乐，彭畅新，王玮，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：