[发明专利]一种高频脉冲爆震燃烧动力装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种高频脉冲爆震燃烧动力装置。

【背景技术】

爆震燃烧是燃烧的另一种方式，其与缓燃燃烧过程不同，爆震燃烧过程非常迅速，可产生超声速燃烧波，即爆震波。爆震波的传播是通过冲击波对可爆震混合物逐层强烈冲击压缩作用使其发生高速化学反应来实现的，因此可以认为爆震波是耦合化学反应的强激波。爆震燃烧的传播速度远远大于缓燃燃烧的传播速度，一般在10³m/s量级。与缓燃燃烧相比，爆震燃烧具有自增压、火焰传播速度快、燃烧效率高、污染物排放低等优点，将爆震燃烧替代传统动力装置中的等压燃烧，开发基于爆震循环的新型动力装置可提高现有能源的利用效率。

脉冲爆震发动机是一种利用间歇性爆震燃烧产生高温、高压燃气来产生推力的新概念推进装置。按照是否自带氧化剂，脉冲爆震发动机分为吸气式脉冲爆震发动机和火箭式脉冲爆震发动机。爆震燃烧的起爆方式分为直接起爆和间接起爆两种，前者需要巨大的点火能量，后者则通过爆燃向爆震转变逐渐形成爆震波，即先采用较小的点火能量形成爆燃波，然后通过火焰与压缩波在爆震室内的相互作用最终形成爆震波，这段从爆燃向爆震转变的距离称为DDT，DDT的长短主要由燃烧室大小和燃料特性等参数决定。考虑到实用性，脉冲爆震发动机一般采用间接起爆的方式获得爆震波，这使燃烧室的长度必须大于DDT，为了保证燃烧室燃料大部分是以爆震燃烧释热，一般设计燃烧室长度为DDT距离的4至5倍。而传统吸气式和火箭式脉冲爆震发动机的进气方式都采用从脉冲爆震燃烧室头部进气的方式，这在某种程度上影响了燃烧室的填充时间，致使发动机工作频率随燃烧室长度的增加而减小。同时由于脉冲爆震发动机工作频率不高，与传统一直处于填充、燃烧状态的等压燃烧室相比，传统脉冲爆震发动机燃烧室在单位时间内填充的燃料较小，致使脉冲爆震发动机单位时间内产生的推力较低，这阻止了脉冲爆震发动机的应用步伐。

综述分析可看出，虽然爆震燃烧与传统等压燃烧相比具有优势，但脉冲爆震发动机仍存在以下主要问题：1)脉冲爆震发动机工作频率低，易受燃烧室长度限制；2)脉冲爆震发动机单位时间产生的推力较小。

【发明内容】

本发明的目的在于解决传统脉冲爆震发动机工作频率低、频率受燃烧室长度限制、发动机单位时间产生的推力小等问题，提供了一种高频脉冲爆震燃烧动力装置，其能缩短脉冲爆震燃烧室的填充时间，增加发动机单位时间内产生的推力，同时可解决发动机工作频率受限于燃烧室长度的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高频脉冲爆震燃烧动力装置，包括从左至右依次相连的脉冲爆震燃烧室、尾喷管和多级串联增推结构；其中，

脉冲爆震燃烧室包括从左至右依次相连的燃烧室头部端盖、燃烧室点火段、燃烧室起爆段和燃烧室爆震段，燃烧室爆震段的右端与尾喷管相连；燃烧室头部端盖上设有主喷嘴，主喷嘴上设有主喷嘴空气管路和主喷嘴燃料管路；燃烧室点火段的周向上设有火花塞；燃烧室起爆段和燃烧室爆震段的周向沿轴向方向上等间距设有若干辅助喷嘴，辅助喷嘴上设有辅助喷嘴空气管路和辅助喷嘴燃料管路。

本发明进一步改进在于：尾喷管为收敛形喷管，收缩比为1.2至1.5，收敛角为6至10度。

本发明进一步改进在于：多级串联增推结构包括从左至右依次相连的一级增推器、二级增推器和三级增推器。

本发明进一步改进在于：一级增推器包括第一弧形进气端面和第一轴对称直喷管，二级增推器包括第二弧形进气端面和第二轴对称直喷管，三级增推器包括第三弧形进气端面和第三轴对称直喷管；若干多级串联增推结构连杆均匀设置在第一弧形进气端面的周向，若干多级串联增推结构支板的一端与对应的多级串联增推结构连杆相连，其另一端与脉冲爆震燃烧室尾部相连；若干第一级间增推器连杆均匀设置在第二弧形进气端面的周向，若干第一级间增推器支板的一端与对应的第一级间增推器连杆相连，其另一端与第一轴对称直喷管相连；若干第二级间增推器连杆均匀设置在第三弧形进气端面的周向，若干第二级间增推器支板的一端与对应的第二级间增推器连杆相连，其另一端与第二轴对称直喷管相连。

本发明进一步改进在于：多级串联增推结构支板与多级串联增推结构连杆的数量均为4个，第一级间增推器支板与第一级间增推器连杆的数量均为4个，第二级间增推器支板与第二级间增推器连杆的数量均为4个。