一種側(cè)進(jìn)氣的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種側(cè)進(jìn)氣的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，至少由頭錐、推力壁、爆震室、起爆室、側(cè)進(jìn)氣閥、主燃料噴嘴、起爆燃料噴嘴、點(diǎn)火器及尾噴管組成；推力壁在頭錐后面，起爆室置于爆震室之后，與尾噴管共用同一空間；起爆室包含一個(gè)聚能錐與一個(gè)活動(dòng)擋板；側(cè)進(jìn)氣閥沿軸向分布于爆震室與起爆室的管壁上；主燃料噴嘴及起爆燃料噴嘴沿軸向分別分布于爆震室及起爆室的內(nèi)壁上；發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，多個(gè)主燃料噴嘴向爆震室噴入霧化燃料，起爆燃料噴嘴向起爆室內(nèi)噴入氣化起爆燃料，點(diǎn)火器點(diǎn)火引爆起爆室中的燃?xì)饣旌衔镞M(jìn)而引爆爆震室中的云霧狀混合物；在發(fā)動(dòng)機(jī)爆震循環(huán)中，多個(gè)側(cè)進(jìn)氣閥可快速實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣充填及與燃料的摻混，顯著提高發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震頻率及推力。

Pulse detonation engine with side air intake

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)
，特別涉及一種側(cè)進(jìn)氣的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)。
技術(shù)介紹
脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)(PulseDetonationEngine簡(jiǎn)稱(chēng)PDE)是以爆震波為主推力的一種新概念發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震室里以劇烈的爆震方式燃燒，極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很高的溫度和壓力（壓力可高達(dá)100個(gè)大氣壓，溫度可達(dá)2000℃）,同時(shí)產(chǎn)生的爆震波(屬?zèng)_擊波)以超音速傳播（數(shù)千米/秒）作用于發(fā)動(dòng)機(jī)的推力壁上產(chǎn)生推力,高溫高壓的燃燒產(chǎn)物高速?lài)姵霭l(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)產(chǎn)生額外的推力;因爆震燃燒為間歇性脈沖式燃燒,所以該發(fā)動(dòng)機(jī)是一種非定常推進(jìn)系統(tǒng)。相對(duì)于傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)，PDE具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),由于爆震波能在極短時(shí)間內(nèi)將爆炸混合物的壓力和溫度升高到非常高的程度，因此省去了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)用來(lái)增壓的部件(如壓氣機(jī))，使發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變得非常簡(jiǎn)單，零部件數(shù)量大大減少,因此脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸小，重量輕，另外PDE的燃燒過(guò)程近似為等容燃燒，熱效率最高可達(dá)49%,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率(27%)。PDE的這些特點(diǎn)使其在航空、航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，據(jù)估計(jì)，PDE的推重比可達(dá)20，馬赫數(shù)范圍0~10（吸氣式為0~5），飛行高度范圍0~50km，推力范圍0.5kg~50000kg。PDE沒(méi)有容易損壞的旋轉(zhuǎn)部件，因此結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、維護(hù)更容易。它可作為導(dǎo)彈、靶機(jī)、誘餌機(jī)、無(wú)人駕駛飛機(jī)、無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)的動(dòng)力，也可用于載人飛機(jī)的動(dòng)力裝置，實(shí)現(xiàn)高速洲際航行；將來(lái)還可能用于太空飛行器推進(jìn)，作為登月飛行器、星際旅游飛行器或入軌飛行器的動(dòng)力，將給空間運(yùn)輸帶來(lái)一次革命；近年來(lái)其在民用領(lǐng)域的應(yīng)用，也引起了重視，如用于高效率發(fā)電等。可以預(yù)見(jiàn)，爆震發(fā)動(dòng)機(jī)一旦技術(shù)成熟，必將對(duì)航空航天及能源領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的影響。按照PDE爆震管的數(shù)目，PDE可分為單管/多管PDE，按照燃料形式可分為氣相/液相燃料PDE，按照氧化劑的來(lái)源可分為自吸氣式/火箭式PDE；按照進(jìn)氣方式可分為無(wú)閥式（氣動(dòng)式）與有閥式（如旋轉(zhuǎn)閥）PDE。根據(jù)應(yīng)用方式，PDE可分為純PDE(purePDE)、組合循環(huán)PDE(combinedPDE)，混合PDE(hybridPDE)三大類(lèi)。純PDE主要由爆震管、進(jìn)氣道、尾噴管組成；混合PDE是由PDE與渦噴或渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)相結(jié)合，如在外涵道或加力段使用PDE；組合PDE是由PDE與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)如沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力裝置組合而成，在不同的速度范圍內(nèi)，運(yùn)行不同的工作循環(huán)；其共同點(diǎn)在于，燃料與空氣混合物均以爆震的方式燃燒，這種劇烈的反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生高溫高壓氣體，循環(huán)頻率達(dá)到一定程度后（約100赫茲），便可提供近似連續(xù)的推力。燃料與空氣的混合物快速而可靠的起爆，是PDE正常工作的重要前提，起爆方式有兩種，一種是直接起爆，一種是間接起爆，即由爆燃發(fā)展到爆震（DDT）；前一種方式需要極高的點(diǎn)火能量，對(duì)點(diǎn)火設(shè)備的要求很高，不具備實(shí)用性，故一般采用后一種方式；所以,燃料空氣混合物的起爆問(wèn)題就集中在如何快速實(shí)現(xiàn)爆燃向爆震的轉(zhuǎn)化上。空氣來(lái)流與燃料的良好摻混是DDT前必須完成的動(dòng)作，目前PDE的進(jìn)氣道均設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)的最前端，空氣從前端流入爆震室，與噴入的燃料充分摻混后形成燃料空氣混合物，然后經(jīng)過(guò)DDT在主爆室起爆，為防止爆震波或燃燒產(chǎn)物進(jìn)入進(jìn)氣道導(dǎo)致進(jìn)氣異常，PDE通常需要在進(jìn)氣道與爆震室之間設(shè)置一個(gè)隔離區(qū)；按照隔離方式，將PDE分為機(jī)械閥式PDE和氣動(dòng)閥式PDE；機(jī)械閥在起爆、爆震傳播及排氣過(guò)程中，閥門(mén)關(guān)閉，進(jìn)氣時(shí)閥門(mén)打開(kāi)；機(jī)械閥的問(wèn)題在于閥門(mén)關(guān)閉時(shí)會(huì)給進(jìn)氣道造成很大的迎風(fēng)面，空氣來(lái)流的滯止會(huì)產(chǎn)生很大的阻力損失；目前比較成熟的機(jī)械閥為旋轉(zhuǎn)閥，需要專(zhuān)門(mén)的電力驅(qū)動(dòng)，而且旋轉(zhuǎn)閥的密封很困難，磨損嚴(yán)重，另外旋轉(zhuǎn)閥只局限于多管PDE場(chǎng)合；氣動(dòng)閥則利用空氣動(dòng)力學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)正向流阻小，反向流阻大的功能，形成近似于封閉的效果，有利于形成爆震波，但現(xiàn)有的氣動(dòng)閥型式尚無(wú)法達(dá)到完全封閉的效果，仍有少量的燃燒產(chǎn)物從進(jìn)氣道反向流出進(jìn)氣道形成負(fù)推力，同時(shí)，氣動(dòng)閥的存在不可避免地影響到推力壁的設(shè)計(jì)，使其不能處于最佳的工作狀態(tài)。此外，為了縮短DDT距離，目前PDE均采用一些強(qiáng)化起爆的措施，如采用Shchelkin螺旋、金屬環(huán)、孔板、中心體等；這些措施雖然有利于燃料摻混及縮短DDT距離，但同時(shí)也影響了正向爆震波的傳播，造成明顯的推力損失，這是不容忽視的問(wèn)題。針對(duì)目前PDE存在的各種缺陷，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種側(cè)進(jìn)氣的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，其主要特點(diǎn)在于，發(fā)動(dòng)機(jī)的頂端為尖錐，空氣從爆震管的管壁進(jìn)入，由于多個(gè)側(cè)進(jìn)氣口同時(shí)進(jìn)氣，能夠?qū)崿F(xiàn)空氣與燃料的快速摻混，另外將起爆室置于發(fā)動(dòng)機(jī)尾部，使正向爆震波的傳播暢通無(wú)阻，最大限度發(fā)揮爆震波的正向推力，同時(shí)由于摻混速度快，用時(shí)少，可明顯增加發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震頻率，大幅提高單管PDE的推力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服傳統(tǒng)脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)軸向進(jìn)氣方式存在的進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)復(fù)雜、進(jìn)氣時(shí)間長(zhǎng)、摻混效果差、爆震頻率低等缺陷，提供一種可多點(diǎn)同時(shí)進(jìn)氣的側(cè)進(jìn)氣脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，可顯著縮短進(jìn)氣時(shí)間，明顯提高爆震頻率，從而大幅提高發(fā)動(dòng)機(jī)推力。一種側(cè)進(jìn)氣的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)至少由頭錐1、推力壁2、爆震室3、起爆室4、側(cè)進(jìn)氣閥5、主燃料噴嘴6、起爆燃料噴嘴7、點(diǎn)火器8及尾噴管9組成，所述的頭錐1為圓錐體，處于發(fā)動(dòng)機(jī)的頂端，與爆震室3連為一體；推力壁2是爆震室3頭部的封閉端板；起爆室4位于脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)尾部，與尾噴管9共用同一空間，起爆室4包含一個(gè)聚能錐401、排氣閥402及一塊活動(dòng)擋板403；進(jìn)氣閥5沿軸向分布于爆震室3與起爆室4的管壁上；主燃料噴嘴6沿軸向每隔一段距離裝在爆震室3內(nèi)壁上，起爆燃料噴嘴7裝在起爆室4內(nèi)壁上；發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，多個(gè)主燃料噴嘴6向爆震室3噴入霧化燃料，與爆震室3中的空氣形成云霧狀混合物，同時(shí)起爆燃料噴嘴7向起爆室4內(nèi)噴入氣化起爆燃料，與起爆室4中的空氣形成爆炸氣體混合物；起爆室4內(nèi)的點(diǎn)火器8點(diǎn)火引爆爆炸氣體混合物，爆炸產(chǎn)生的高溫高壓氣體沿聚能錐401上的通孔匯集后進(jìn)入爆震室3，進(jìn)而引爆爆震室3中的云霧狀混合物；爆炸產(chǎn)生的激波向頭錐1方向傳播，到達(dá)推力壁2時(shí)產(chǎn)生向前的推力，高溫高壓的爆炸氣體產(chǎn)物向外急速膨脹，從尾噴口噴出產(chǎn)生進(jìn)一步的推力；當(dāng)管內(nèi)壓力低于管外，多個(gè)側(cè)進(jìn)氣閥5被打開(kāi)，管外新鮮空氣分別進(jìn)入爆震室3及起爆室4，殘留的爆炸氣體產(chǎn)物則被置換后與部分新鮮空氣一起從排氣閥402排出；多個(gè)主燃料噴嘴6與起爆燃料噴嘴7再次分別向爆震室3與起爆室4噴入主燃料與起爆燃料，點(diǎn)火器8再次點(diǎn)火，脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入下一輪爆震循環(huán)。所述的聚能錐401的頂點(diǎn)朝向尾噴管9，固定在起爆室4的管壁上，錐面上布滿(mǎn)一系列通孔，每個(gè)通孔的中心線(xiàn)方向與通孔所處的錐面垂直。所述的活動(dòng)擋板403由兩塊半圓形板4031與一根固定在尾噴管9中間的軸4032鉸接而成，安裝在尾噴口附近，可單向朝外開(kāi)啟。所述的排氣閥402的閥片朝管外開(kāi),且開(kāi)口朝向尾噴口方向。所述的起爆室4上有壓縮空氣進(jìn)口404及液化氣體燃料進(jìn)口405，用于發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)車(chē)、稀薄空氣空間及突發(fā)停車(chē)后的再啟動(dòng)。所述的起爆室4的管內(nèi)壁上刻有凹槽，凹槽的數(shù)量不低于4條，沿周向均布。所述的側(cè)進(jìn)氣閥5每隔一段距離周向均布于爆震室3及起爆室4管壁上，同一圓周上的側(cè)進(jìn)氣閥5不本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種側(cè)進(jìn)氣的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)至少由頭錐、推力壁、爆震室、起爆室、側(cè)進(jìn)氣閥、主燃料噴嘴、起爆燃料噴嘴、點(diǎn)火器及尾噴管組成，其特征在于：頭錐為圓錐體，處于發(fā)動(dòng)機(jī)的頂端，與爆震室連為一體；推力壁是爆震室頭部的封閉端板；起爆室位于脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)尾部，與尾噴管共用同一空間，起爆室包含一個(gè)聚能錐、排氣閥及一塊活動(dòng)擋板；進(jìn)氣閥沿軸向分布于爆震室與起爆室的管壁上；主燃料噴嘴沿軸向每隔一段距離裝在爆震室內(nèi)壁上，起爆燃料噴嘴裝在起爆室內(nèi)壁上；發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，多個(gè)主燃料噴嘴向爆震室內(nèi)噴入霧化燃料，與爆震室中的空氣形成云霧狀混合物，同時(shí)起爆燃料噴嘴向起爆室內(nèi)噴入氣化起爆燃料，與起爆室中的空氣形成爆炸氣體混合物；起爆室內(nèi)的點(diǎn)火器點(diǎn)火引爆爆炸氣體混合物，爆炸產(chǎn)生的高溫高壓氣體沿聚能錐上的通孔匯集后進(jìn)入爆震室，進(jìn)而引爆爆震室中的云霧狀混合物；爆炸產(chǎn)生的激波向頭錐方向傳播，到達(dá)推力壁時(shí)產(chǎn)生向前的推力，高溫高壓的爆炸氣體產(chǎn)物向外急速膨脹，從尾噴口噴出產(chǎn)生進(jìn)一步的推力；當(dāng)管內(nèi)壓力低于管外，多個(gè)側(cè)進(jìn)氣閥5被打開(kāi)，管外新鮮空氣分別進(jìn)入爆震室及起爆室，殘留的爆炸氣體產(chǎn)物則被置換后與部分新鮮空氣一起從排氣閥排出；多個(gè)主燃料噴嘴與起爆燃料噴嘴再次分別向爆震室與起爆室噴入主燃料與起爆燃料，點(diǎn)火器再次點(diǎn)火，脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入下一輪爆震循環(huán)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種側(cè)進(jìn)氣的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)至少由頭錐、推力壁、爆震室、起爆室、側(cè)進(jìn)氣閥、主燃料噴嘴、起爆燃料噴嘴、點(diǎn)火器及尾噴管組成，其特征在于：頭錐為圓錐體，處于發(fā)動(dòng)機(jī)的頂端，與爆震室連為一體；推力壁是爆震室頭部的封閉端板；起爆室位于脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)尾部，與尾噴管共用同一空間，起爆室包含一個(gè)聚能錐、排氣閥及一塊活動(dòng)擋板；進(jìn)氣閥沿軸向分布于爆震室與起爆室的管壁上；主燃料噴嘴沿軸向每隔一段距離裝在爆震室內(nèi)壁上，起爆燃料噴嘴裝在起爆室內(nèi)壁上；發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，多個(gè)主燃料噴嘴向爆震室內(nèi)噴入霧化燃料，與爆震室中的空氣形成云霧狀混合物，同時(shí)起爆燃料噴嘴向起爆室內(nèi)噴入氣化起爆燃料，與起爆室中的空氣形成爆炸氣體混合物；起爆室內(nèi)的點(diǎn)火器點(diǎn)火引爆爆炸氣體混合物，爆炸產(chǎn)生的高溫高壓氣體沿聚能錐上的通孔匯集后進(jìn)入爆震室，進(jìn)而引爆爆震室中的云霧狀混合物；爆炸產(chǎn)生的激波向頭錐方向傳播，到達(dá)推力壁時(shí)產(chǎn)生向前的推力，高溫高壓的爆炸氣體產(chǎn)物向外急速膨脹，從尾噴口噴出產(chǎn)生進(jìn)一步的推力；當(dāng)管內(nèi)壓力低于管外，多個(gè)側(cè)進(jìn)氣閥5被打開(kāi)，管外新鮮空氣分別進(jìn)入爆震室及起爆室，殘留的爆炸氣體產(chǎn)物則被置換后與部分新鮮空氣一起從排氣閥排出；多個(gè)主燃料噴嘴與起爆燃料噴嘴再次分別向爆震室與起爆室噴入主燃料與起爆燃料，點(diǎn)火器再次點(diǎn)火，脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入下一輪爆震循環(huán)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種側(cè)進(jìn)氣的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于：所述的聚能錐的頂點(diǎn)朝向尾噴管，固定在起爆室的管壁上，錐面...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李春洲，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：上海洲躍生物科技有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31