[发明专利]一种提高脉冲爆震火箭发动机工作频率的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体为一种提高脉冲爆震火箭发动机工作频率的方法及装置。

背景技术

脉冲爆震发动机是一种利用脉冲式爆震波产生推力的非稳态的新概念发动机。爆震波以每秒2000米左右的速度在可燃气中传播，能产生极高的增压比(15-55倍)和燃气温度(大于2800K)。当高温、高压、高速燃气从脉冲爆震发动机排出时就会产生推力。由于爆震波传播速度极快，其后的燃烧过程接近等容燃烧过程。热循环效率比传统的火箭发动机高18％-20％；不需要复杂的涡轮泵，结构简单，重量轻；单位燃料消耗率低；推力调节比大，响应快，调节过程简单可靠；工作范围宽。根据氧化剂的来源，可以将脉冲爆震发动机分为火箭式和吸气式两种，火箭式脉冲爆震发动机由于自带氧化剂，工作环境易于控制，一般认为它的实际应用会先于吸气式脉冲爆震发动机。考虑到容积的限制，脉冲爆震火箭发动机在实际应用中都采用液态燃料。

脉冲爆震火箭发动机是间歇式工作，主/次推进剂以及隔离气体的填充都是由阀来控制，在实际运用中，一般采用电磁阀和旋转阀，由于旋转阀需要提供动力驱动，体积和重量都较大，且气密性很差，极大的限制了实际应用；而电磁阀体积小巧，工作频率较高，控制简单，因此得到广泛的应用。研究表明，脉冲爆震火箭发动机的工作频率对其性能有着重要的影响，其工作频率受推进剂填充量的制约：当电磁阀在高频下工作时，受其开启时间的限制，在单个循环下，燃料的流量减小，往往使得推进剂的填充量无法满足爆震波形成所需要的最小值，所以发动机常常无法在其电磁阀极限频率下工作，限制了发动机频率的提高。

发明内容

要解决的技术问题

为了打破电磁阀对脉冲爆震火箭发动机工作频率的限制，提高脉冲爆震火箭发动机的工作频率，本发明提出了一种提高脉冲爆震火箭发动机工作频率的方法及装置，具体技术方案如下：

技术方案

一种提高脉冲爆震火箭发动机工作频率的方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1：将液态燃料和气态氧化剂通入脉冲爆震火箭发动机的爆震管进行掺混填充、点火，并用隔离气吹除高温残余物，使脉冲爆震火箭发动机开始工作；其中掺混填充过程的占空比为0.15-0.4，点火占空比为0.01，隔离过程的占空比为0.15-0.4；

步骤2：采用脉冲爆震火箭发动机工作余热加热液态燃料，当液态燃料温度升高到蒸发温度，变为气态燃料时，使其与气态氧化剂混合；

步骤3：在脉冲爆震火箭发动机的爆震管上同时采用两路进口进行气态燃料氧化剂混合物填充，两路进口的距离为4aQπR²/fρ，其中a为气态燃料氧化剂混合物填充的占空比，Q为气态燃料氧化剂混合物的质量流量，R为爆震管的半径，f为发动机的工作频率，ρ为气态燃料氧化剂混合物在一个大气压下的密度；填充过程的占空比为0.15-0.4，点火占空比为0.01，隔离过程的占空比为0.15-0.4。

一种提高脉冲爆震火箭发动机工作频率的装置，包括爆震管、点火器，其特征在于：还包括有换热器、推进剂分/合装置、主推进剂电磁阀、次推进剂电磁阀、隔离气电磁阀；换热器为封闭套筒结构，套接在爆震管爆震波形成段的外表面；推进剂分/合装置包括有预混腔、液态主推进剂通道和两个进口、两个出口，预混腔也有两个进口和两个出口，其中一个进口和一个出口分别与推进剂分/合装置的一个进口和一个出口直接相连，推进剂分/合装置的另一个进口通过三通阀与预混腔的另一进口及液态主推进剂通道进口相连，推进剂分/合装置的另一个出口通过三通阀与预混腔的另一出口及液态主推进剂通道出口相连；换热器进口通过主推进剂质量流量计与外部主推进剂通道相连，换热器出口与推进剂分/合装置中接有三通阀的进口相连；推进剂分/合装置中没有三通阀的进口通过次推进剂质量流量计与外部次推进剂通道相连，没有三通阀的出口与次推进剂电磁阀相连，次推进剂电磁阀再通过三通阀与爆震管上的次推进剂进口和次推进剂旁路进口相连，推进剂分/合装置中接有三通阀的出口通过主推进剂电磁阀与爆震管上的主推进剂进口相连，且在连接管道上还接有热电偶；隔离气电磁阀一端与爆震管上的隔离气进口相连，另一端通过隔离气质量流量计与外部隔离气通道相连。

一种提高脉冲爆震火箭发动机工作频率装置的优选方案，其特征在于：换热器燃料进口在换热器靠近爆震管的外喷口的一端，换热器燃料出口在换热器远离爆震管的外喷口的一端。

一种提高脉冲爆震火箭发动机工作频率装置的优选方案，其特征在于：预混腔两个进口的轴线夹角为60度。