一种吸气式脉冲爆震燃烧室及其起爆方法

技术领域

本发明属于脉冲爆震发动机技术领域，具体为一种吸气式脉冲爆震燃烧室及其起爆方法。

背景技术

脉冲爆震发动机是一种利用间歇式爆震波来产生推力的新型动力装置，具备结构简单、热效率高的潜在理论优势，受到世界各国的广泛关注。其中，应用范围在大气层内，利用空气来流组织爆震燃烧的脉冲爆震发动机又称为吸气式脉冲爆震发动机。

在吸气式脉冲爆震发动机的研究领域，空气和航空煤油如何高效地点火起爆，一直是研究人员想要攻克的难题。目前想要使空气和航空煤油爆震燃烧，主要是通过预先加热空气和航空煤油的方式，让两者在具有较高能量的状态下，再利用高能点火器点火起爆。这种方式最大的缺点，就是需要一个庞大复杂的加热系统，安装在发动机进气道和燃烧室之间。然而，这种起爆方式对于吸气式脉冲爆震发动机来说是难以实现的。

发明内容

本发明是基于吸气式脉冲爆震燃烧室内，空气和航空煤油无法高效起爆、稳定爆震燃烧的问题，通过设计一种新型的脉冲爆震燃烧室，实现空气和航空煤油在简易结构下的爆震燃烧。主要包括：新型爆震燃烧室的循环结构，以及其点火起爆方法。

本发明的技术方案为：

一种吸气式脉冲爆震燃烧室，主要由主预爆管(3)、副预爆管(1)、有阀联焰管(2)、无阀联焰管(5)、点火装置(4)和环形主爆震管(6)组成，其特征在于：所述的主预爆管(3)和副预爆管(1)位于燃烧室的内部，为半圆形柱体，并通过头部的有阀联焰管(2)相连；环形主爆震管(6)位于燃烧室的外部，通过无阀联焰管(5)分别与主预爆管(3)、副预爆管(1)的尾部相连；环形主爆震管(6)的内部被绝热隔板(7)分成多个爆震燃烧区域，每一个绝热隔板(7)都有一个传焰缺口(8)，传焰缺口(8)呈周期性交替排布，保证每一个传焰缺口(8)的位置处都已经形成了稳定的爆震波。

所述的半圆形主预爆管(3)、副预爆管(1)和环形主爆震管(6)长度相同，整体形成一个紧密的圆筒结构，极大地提高燃烧室的空间利用率。

所述的环形主爆震管(6)为一体型结构，结构简单。绝热隔板(7)将环形主爆震管(6)的内部区域均分，保证每个区域爆震燃烧特性基本相同。

点火装置(4)只在燃烧室启动时点一次火，后续循环通过有阀联焰管(2)的开闭控制主预爆管(3)的起爆。

主预爆管(3)只在启动时填充氧气和航空煤油的混合物，接下来的循环过程一直填充空气和航空煤油的混合物。其他燃烧室一直填充空气和航空煤油的混合物。

有益效果

本发明的有益效果是:采用了新型爆震燃烧室后，吸气式脉冲爆震发动机在低点火能量条件下，便可以实现空气与航空煤油点火起爆。这种燃烧室极大地简化吸气式脉冲爆震发动机的结构，减轻发动机的重量，进而提高了发动机的推重比。

附图说明

图1：本发明工作循环过程示意图

图2：爆震燃烧室出口方向侧视图

图3：爆震燃烧室主视图其中:1-副预爆管，2-有阀联焰管，3-主预爆管，4-点火装置，5-无阀联焰管，6-环形主爆震管，7-绝热隔板，8-传焰缺口，9-供油供气示意装置。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明进一步进行说明

如图2、3所示，本发明吸气式脉冲爆震燃烧室整体呈现圆筒状，分为中心部位的半圆形主预爆管(3)、副预爆管(1)和外环的环形主爆震管(6)两部分。在预爆管相关结构中，主预爆管(3)和副预爆管(1)呈现半圆状。主预爆管(3)和副预爆管(1)头部都有供油供气示意装置(9)。主预爆管(3)和副预爆管(1)之间通过头部的有阀联焰管(2)相连，有阀联焰管(2)控制两个预爆管之间的火焰传递进程。点火装置(4)位于主预爆管(3)上，位于有阀联焰管(2)的上方。环形主爆震管(6)内部通过绝热隔板(7)分割出6个爆震燃烧区域，爆震燃烧区域之间通过绝热隔板(7)上的传热缺口(8)衍射爆震波，传焰缺口(8)周期性地分布在爆震燃烧区域的头部和尾部，以便衍射稳定的爆震波。主预爆管(3)和副预爆管(1)的尾部通过直形无阀联焰管(5)与环形主爆震管(6)的两个相邻的爆震燃烧区域的尾部相连，且这两个爆震燃烧区域之间的绝热隔板(7)上没有传焰缺口(8)。无阀联焰管(5)不仅起着爆震波衍射的作用，还起着支撑整个主预爆管(3)和副预爆管(1)结构的作用。环形主爆震管(6)的前端都装有6个供油供气示意装置(9)，分别给6个爆震燃烧区域供给空气和航空煤油。

工作循环过程

一种连续起爆多管脉冲爆震燃烧室循环结构的起爆循环过程如图1所示，可表述为：燃烧室启动时，有阀联焰管(2)的阀体(5)保持关闭，点火装置(4)点燃主预爆管(3)内的航空煤油和氧气的混合物，形成的爆震波向主预爆管(3)的尾部传播，大部分爆震波通过主预爆管(3)的出口排出，一部分爆震波通过无阀联焰管(5)，传播到环形主爆震管(6)的第一个爆震燃烧区域内，此时环形主爆震管(6)的第一个爆震燃烧区域内充满了空气和航空煤油，爆震波使此爆震燃烧区域快速进行爆震燃烧，从该区域的头部产生新的爆震波向环形爆震管(6)的出口方向传播，其中一小部分爆震波通过尾部传焰缺口(8)传播到下一个爆震燃烧区域，并从尾部引爆新的爆震燃烧区域内的航空煤油和空气的混合物，产生的新爆震波会先向环形主爆震管(6)的头部传播，一小部分爆震波通过头部的传焰缺口(8)传到下一个爆震燃烧区域，大部分爆震波在冲击头部后，最终通过环形主爆震管(6)的尾部排出。按照此传播规律，让环形主爆震管(6)内的其他爆震燃烧区域不断进行爆震燃烧，当爆震波传播到与副预爆管(1)相连的爆震燃烧区域时，通过无阀联焰管(5)，一部分爆震波传播到副预爆管(1)尾部，引爆副预爆管(1)内空气和航空煤油的混合物，产生向副预爆管(1)头部传播的爆震波，打开有阀联焰管(2)的阀(5)，此时主预爆管(3)已经完成了一次爆震燃烧，并重新填入空气和航空煤油，至此一个循环完成，开始下一个新的循环。