[发明专利]一种自适应脉冲爆震发动机收缩喷管

说明书

本发明公开了一种自适应脉冲爆震发动机收缩喷管，包括常规尺度爆震室、收缩喷管和收缩喷管出口面积调节机构，收缩喷管为圆台形结构，收缩喷管的大端与常规尺度爆震室的出口端铰接，收缩喷管出口面积调节机构连接在常规尺度爆震室与收缩喷管之间；收缩喷管包括内交接耳片和外交接耳片；收缩喷管出口面积调节机构的数量与内交接耳片的数量相等，每个收缩喷管出口面积调节机构对应一个内交接耳片，收缩喷管出口面积调节机构包括引流管、微尺度爆震室、气动活塞、弹性组件和铰接杆。本发明采用脉冲爆震发动机自身燃烧产生的能量控制喷管出口面积的调节，以适应不同的爆震情况，使燃气尽可能完全膨胀提高脉冲爆震发动机的效率。

技术领域

本发明属于脉冲爆震发动机技术领域，具体是涉及一种自适应脉冲爆震发动机收缩喷管。

背景技术

脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine，简称PDE)是一种利用周期性爆震波产生的高温高压燃气发出的冲量从尾部排出来产生推力的新型推进系统。脉冲爆震发动机爆震燃烧室中可燃混合气燃烧后形成的爆震波能产生极高的燃气压力(1.5MPa～6MPa)和燃气温度(大于2000K)，并且具有较高的速度(2000m/s左右)，同时脉冲爆震发动机不存在涡轮等旋转部件，因此其燃烧近似为等容燃烧，相较于普通涡轮喷气发动机的等压燃烧具有更高的热效率。脉冲爆震发动机的推力会受到填充系数、填充压力、爆震频率等多方面因素影响，提高填充压力会提高脉冲爆震发动机的热效率，而采用收缩喷管会有效的提高填充压力，进而提高效率，增加推力。

Allgood等人通过实验研究认为，最优喷管面积比是填充系数的函数关系。当填充系数小于等于0.5时，最优的结构形式是无尾喷管脉冲爆震发动机；当填充系数增加并达到1时，收敛喷管能够提高推力。在他们的实验中，扩张喷管也能提高性能。但是，与收敛喷管不同，扩张喷管和无喷管对点火延迟敏感。但是，脉冲爆震发动机尾喷管流动是周期性非定常的，存在复杂的激波、膨胀波、接触面的相互作用，即使在同一过程的不同时刻，喷管经历的流态随着填充系数以及填充压力的不同也可能存在较大的差别，因此，如果要使燃气通过收缩喷管尽可能的完全膨胀，就需要采用不同的收缩比喷管，根据空气动力学原理，收缩喷管进口压力越大，要想完全膨胀，收缩比就要越大。

Oran认为微尺度爆震发动机的单位性能可能比常规脉冲爆震发动机的单位性能更高，且应用面更广。实验研究发现，对于微尺度的爆震管，爆震波的传播速度要比常规尺度的传播速度更快。

目前，出口面积不可调尾喷管是脉冲爆震发动机最常用的装置，由于不能实时调节，在使用时很多工况增益效果并不能达到最优。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种自适应脉冲爆震发动机收缩喷管，有效解决了现有出口面积不可调尾喷管不能根据实际爆震情况最大化的使燃气完全膨胀以提高脉冲爆震发动机效率的缺点，该装置采用脉冲爆震发动机自身燃烧产生的能量控制喷管出口面积的调节，以适应不同的爆震情况，使燃气尽可能完全膨胀提高脉冲爆震发动机的效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自适应脉冲爆震发动机收缩喷管，其特征在于：包括常规尺度爆震室、收缩喷管和用于调节收缩喷管出口面积的收缩喷管出口面积调节机构，所述收缩喷管为圆台形结构，所述收缩喷管的大端与常规尺度爆震室的出口端铰接，所述收缩喷管出口面积调节机构位于常规尺度爆震室外，所述收缩喷管出口面积调节机构连接在常规尺度爆震室与收缩喷管之间；

所述收缩喷管包括内交接耳片和外交接耳片，所述内交接耳片和外交接耳片的数量相等且均为多个，所述内交接耳片设置在相邻两个外交接耳片的内侧之间，所述内交接耳片和外交接耳片的大端均与常规尺度爆震室的出口端铰接；