基于非定常燃烧具有增压功能的内燃波转子制造技术

一种基于非定常燃烧具有增压功能的内燃波转子，属于新概念燃烧技术领域。内燃波转子的主要特征在于其主体部分的波转子是由多个通道构成，在利用非定常燃烧热循环效率高和增压技术优势的同时，多通道时序工作可以实现内燃波转子出口气流趋于稳定输出。本实用新型专利技术主要用于航空发动机的燃烧室，能够大幅度提高航空发动机的性能，促进航空科学技术的发展；亦可用于制冷循环、内燃机增压器、波过热器等国民经济的诸多领域，促进节能减排、能源交通等领域的科学技术发展，该项技术将会拥有广泛的市场前景，产生较好的经济和社会效益。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Combustion wave rotor based on unsteady combustion with supercharging function

The utility model relates to an internal combustion wave rotor based on unsteady combustion with supercharging function, which belongs to the technical field of new concept combustion. The main features of the combustion wave rotor is the main part of the wave rotor is composed of a plurality of channels in the unsteady combustion heat of high cycle efficiency and turbocharging technology advantages, multi-channel timing work can achieve the combustion wave rotor exit flow stable output. The utility model is mainly used for aero-engine combustor, can greatly improve the performance of the engine, to promote the development of aviation science and technology; can be used for the fields of refrigeration cycle, turbocharger, combustion wave superheater of the national economy, promoting the development of science and technology of energy saving and emission reduction, energy transportation and other fields, the technology will have a wide range the market prospects, resulting in better economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于非定常燃烧具有增压功能的内燃波转子及工作方法，属于新概念燃烧

技术介绍
目前，燃气涡轮发动机性能水平在当前基础上要进一步大幅度提高将面临巨大挑战，因为提高燃气涡轮发动机性能的主要途径是提高压气机和涡轮部件的效率或提高涡轮进口温度，但涡轮进口温度因材料和冷却技术发展水平的限制也难以显著提高。因此，为实现航空武器动力系统的跨越式发展，探索新的发展思路是重要的捷径。波转子，也称压力交换器、能量交换器，是利用不稳定的波对不同能量密度的气流进行能量交换的设备，具有提高各种发动机和机械的性能与运行特性的特有优势。比较等压燃烧、等容燃烧和内燃波转子燃烧三种不同热力循环，三种燃烧热力循环下的发动机热释放增加量是相同的，但是，不同热力循环导致涡轮进口的气流总压不一致，其中内燃波转子燃烧热力循环涡轮进口总压最高，验证了内燃波转子能够提高燃气涡轮发动机总体性能，相对于传统发动机热力循环过程(等压燃烧)，内燃波转子发动机熵增减小，输出功增力口，相对于等容燃烧的发动机(如脉冲爆震发动机等)，压力增益显著增加，并且多通道旋转时序工作克服了脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine,简称F1DE)阻力损失大、非定常输出推力(或非定常排气)等缺点，充分发挥了波转子增压技术和爆震燃烧热循环效率高的优点。美国多家研究机构开展了内燃波转子技术应用于燃气涡轮发动机的基础理论和关键技术研究，如NASA开展了波转子作为未来燃气涡轮发动机核心机的内燃波转子理论分析研究，以501-KB5S发动机为基准发动机进行了内燃波转子取代核心机的分析验证，相对于基准机，验证机的压气机压比降低，压气机可以减少2-3级，轴马力提高17.7%，耗油率降低10.5%。Allison先进技术开发公司(AADC)和Purdue工程和技术大学(IUPH)正在对采用爆震燃烧和接近爆震燃烧的内燃波转子内的燃烧过程和性能进行计算和试验研究，并且完成了内燃波转子平台建设，以气态丙烷为燃料，空气为氧化剂，采用热射流点火，进行了大量试验，内燃波转子试验转速为2100rpm。北京工业大学技术的“气波转子开发研究的测试装置”，技术专利号:CN 202066694 U,该装置主要包括气波转子、燃烧器、混合器等结构，其中气波转子上还有燃气入口、新鲜空气进口和增压空气出口。该装置利用燃气与新鲜空气直接接触时的焓差来实现能量快速交换，达到压缩新鲜空气的目的。将该装置应用于推进系统，虽然具有一定的增压效果改善了推进系统性能，但是增加了系统的结构复杂性，且此时推进系统仍采用等压燃烧循环，未能从根本上大幅度提高推进系统性倉泛。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可以取代传统燃烧室的非定常燃烧装置及其工作方法，将波转子增压技术与等容燃烧高效率相结合，实现推进系统总体性能和效率的大幅度提闻。一种基于非定常燃烧具有增压功能的内燃波转子，其特征在于:包括底座、波转子、进口端盖、出口端盖、驱动电机；其中进气端盖上具有进气端口，该进气端口由两个外侧壁面和一个内圆弧壁面、一个外圆弧壁面组成，且该进气端口被两个内侧壁面分成了吹除空气端口、可燃混气端口、隔离空气端口，其中可燃混气端口上还安装有燃料喷嘴，上述外侧壁面和内侧壁面与进口端盖7平面之间有夹角》，且侧壁面的倾斜方向与波转子旋转方向相同，该夹角U满足Kk = ,式中 为进气端口气流速度t力波转子转动角速度，A为波转子外径；其中出口端盖上具有排气端口，该排气端口由两个侧壁面和一个内圆弧壁面、一个外圆弧壁面组成，侧壁面与出口端盖平面之间有夹角# ,且侧壁面的倾斜方向与波转子旋转方向相同，该角度/3满足式中Fwff为排气端口气流速度，为波转子转动角速度，、力波转子外径，出口端盖上还安装有热射流装置；其中进气端盖和出口端盖分别安装于所述波转子的前端和后端；并且通过端盖座安装于所述底座上；上述波转子由内向外依次包括传动轴、内鼓筒、夕卜鼓筒，其中传动轴和内鼓筒之间通过连接部件连接，内鼓筒和外鼓筒之间通过径向插板连接，其中径向插板将内鼓筒和外鼓筒之间的空间均匀划分成转子通道；上述传动轴前端和后端分别穿过所述进气端盖和出口端盖后通过轴承座安装于所述底座上；上述驱动电机安装于传动轴的前端；上述进气端盖和出口端盖沿周向位置均可调；使得进气端盖开孔角度和排气端口开孔角度之间的相位差可调，其中相位差满足,式中￡为波转子长度，K为彼转子内压缩波的传播速度，《P为波转子的转动角速度，y进气端盖开孔角度和排气端口开孔角度之间的相位差；上述进气端盖由外进气端盖和内进气端盖组成，所述进气端口固定于外进气端盖，内进气端盖上设有与进气端口对应的开口 ；外进气端盖和内进气端盖之间可在周向调节，使得进气端口可在全部打开与1/2打开范围内可调；上述排气端盖由外排气端盖和内内气端盖组成，所述排气端口固定于外排气端盖，内进气端盖上设有与排气端口对应的开口 ；外排气端盖和内排气端盖之间可在周向调节，使得排气端口可在全部打开与1/2打开范围内可调。所述的基于非定常燃烧具有增压功能的内燃波转子的工作方法，其特征在于包括以下过程:根据具体试验条件确定进口端口开孔角度范围，使其满足色/0 =為m, COS。,式中马为进口端口开孔角度范围，@为波转子的转动角速度，￡为波转子长度，^为进气端口气流速度，α为进气端口外侧壁面和内侧壁面与进口端盖平面之间有夹角24, A为进口预留倍数；根据试验系统流量确定燃料流量，气流经进气端口进入，燃料经喷嘴注入可燃混气端口，与气流混合形成可燃混气，并进入波转子通道完成填充过程；根据上述燃料流量和空气流量可计出理论排气速度，进而确定排气端口的开孔角度范围，使其满足马/ =為i/。咖儿式中巧为进口端口开孔角度范围，W为波转子的转动角速度，L为波转子长度，Km为进气端口气流速度，卢为进气端口外侧壁面和内侧壁面与进口端盖平面之间有夹角，Λ为预留倍数；根据进气温度确定进气端盖开孔角度和排气端口开孔角度之间的相位差，使其满 卜寧,式中i为波转子长度， 力波转子内压缩波的传播速度，Φ为波转子的转动角速度，y进气端盖开孔角度和排气端口开孔角度之间的相位差，转子通道在进气端盖开孔角度和排气端口开孔角度之间的相位差范围内，出口端关闭，进气端继续进气，气流在出口端盖上滞止产生逆行压缩波，压缩波传播到通道左端时，通道被进口端盖封闭，完成内燃波转子的预压缩过程。热射流18进入波转子通道，点燃混气，混气在封闭的波转子通道内完成等容燃烧过程；燃烧过程结束后，波转子通道转到出口端口处，排气端口产生膨胀波，高温燃气经排气端口排出波转子通道； 吹除空气端口和隔离空气端口的气流将高温燃气与可燃混气隔开，防止热自燃。本技术的工作原理:电机转速到达预定转速后，气源开始供气，本技术波转子的最大转速可达4000rpm。压缩气体进入进气端口，燃料经燃料喷嘴进入可燃混气端口与压缩气体混合，初步形成混气。以其中一个通道为例分析内燃波转子的工作过程，当通道位于可燃混气端口位置时，可燃混气进入波转子通道，并进一步掺混，当通道旋转到隔离气体端口时，纯净空气进 入通道将通道内的可燃混气与进口端隔开，有效防止可燃混气燃烧时高温燃气沿转子与进口端盖之间的缝隙进入相邻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于非定常燃烧具有增压功能的内燃波转子，其特征在于：包括底座（11）、波转子（17）、进口端盖（7）、出口端盖（16）、驱动电机（13）；其中进气端盖（7）上具有进气端口（8），该进气端口（8）由两个外侧壁面（22）和一个内圆弧壁面、一个外圆弧壁面组成，且该进气端口（8）被两个内侧壁面（23）分成了吹除空气端口（8a）、可燃混气端口（8b）、隔离空气端口（8c），其中可燃混气端口（8b）上还安装有燃料喷嘴（14），上述外侧壁面和内侧壁面与进口端盖（7）平面之间有夹角????????????????????????????????????????????????（23），且侧壁面的倾斜方向与波转子（17）旋转方向相同，该夹角满足，式中为进气端口气流速度，为波转子转动角速度，为波转子外径；其中出口端盖（16）上具有排气端口（15），该排气端口由两个侧壁面和一个内圆弧壁面、一个外圆弧壁面组成，侧壁面（24）与出口端盖（16）平面之间有夹角（25），且侧壁面的倾斜方向与波转子（17）旋转方向相同，该角度满足，式中为排气端口气流速度，为波转子转动角速度，为波转子外径，出口端盖（16）上还安装有热射流装置（18）；其中进气端盖（7）和出口端盖（16）分别安装于所述波转子（17）的前端和后端；并且通过端盖座（12）安装于所述底座（11）上；上述波转子（17）由内向外依次包括传动轴（6）、内鼓筒（3）、外鼓筒（2），其中传动轴（6）和内鼓筒（3）之间通过连接部件（5）连接，内鼓筒（3）和外鼓筒（2）之间通过径向插板（1）连接，其中径向插板（1）将内鼓筒（3）和外鼓筒（2）之间的空间均匀划分成转子通道（4）；上述传动轴（6）前端和后端分别穿过所述进气端盖（7）和出口端盖（16）后通过轴承座（10）安装于所述底座（11）上；????上述驱动电机（13）安装于传动轴（6）的前端；上述进气端盖（7）和出口端盖（16）沿周向位置均可调；使得进气端盖开孔角度和排气端口开孔角度之间的相位差可调，其中相位差满足，式中为波转子长度，为波转子内压缩波的传播速度，为波转子的转动角速度，进气端盖开孔角度和排气端口开孔角度之间的相位差；????上述进气端盖（7）由外进气端盖和内进气端盖组成，所述进气端口（8）固定于外进气端盖，内进气端盖上设有与进气端口（8）对应的开口；外进气端盖和内进气端盖之间可在周向调节，使得进气端口（8）可在全部打开与1/2打开范围内可调；????上述排气端盖（16）由外排气端盖和内内气端盖组成，所述排气端口（8）固定于外排气端盖，内进气端盖上设有与排气端口（8）对应的开口；外排气端盖和内排气端盖之间可在周向调节，使得排气端口（8）可在全部打开与1/2打开范围内可调。dest_path_image001.jpg,600241dest_path_image001.jpg,867274dest_path_image002.jpg,dest_path_image003.jpg,253125dest_path_image004.jpg,dest_path_image005.jpg,922003dest_path_image006.jpg,915367dest_path_image006.jpg,dest_path_image007.jpg,607380dest_path_image008.jpg,344392dest_path_image004.jpg,54727dest_path_image005.jpg,dest_path_image009.jpg,484572dest_path_image010.jpg,dest_path_image011.jpg,663880dest_path_image004.jpg,939004dest_path_image012.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种基于非定常燃烧具有增压功能的内燃波转子，其特征在于:包括底座(11)、波转子(17)、进口端盖(7)、出口端盖(16)、驱动电机(13)； 其中进气端盖(7)上具有进气端口(8)，该进气端口(8)由两个外侧壁面(22)和一个内圆弧壁面、一个外圆弧壁面组成，且该进气端口(8)被两个内侧壁面(23)分成了吹除空气端口(8a)、可燃混气端口(8b)、隔离空气端口(8c)，其中可燃混气端口(8b)上还安装有燃料喷嘴(14)，上述外侧壁面和内侧壁面与进口端盖(7)平面之间有夹角a (^)且侧壁面的倾斜方向与波转子(17)旋转方向相同，该夹角《满足Ga cosa = ,式中 为进气端口气流速度，《为波转子转动角速度，R为波转子外径； 其中出口端盖(16)上具有排气端口( 15)，该排气端口由两个侧壁面和一个内圆弧壁面、一个外圆弧壁面组成，侧壁面(24)与出口端盖(16)平面之间有夹角(25)々，且侧壁面的倾斜方向与波转子(17)旋转方向相同，该角度β满足cosJ^=減，式中为排气端口气流速度， 为波转子转动角速度力波转子外径，出口端盖(16)上还安装有热射流装置(18);其中进气端盖(7)和出口端盖(16)分别安装于所述波转子(17)的前端和后端；并且通过端盖座(12 )安装于所述底座(11)上； 上述波转子(17)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建中，巩二磊，韩启祥，王家骅，陈坚，姜龙，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：