[发明专利]一种适用于脉冲爆震发动机的变截面瓣状引射混合器

说明书

本发明提出一种适用于脉冲爆震发动机的瓣状变截面引射器装置，由引射器外凸瓣部分(1)、引射器内凹瓣部分(2)、引射器直管段部分(3)、锥面环形挡板(4)、支杆(5)、爆震管(6)，以及由(1)～(3)部分组合而成的引射器主体部分(7)组成。引射器入口为波瓣状，外凸瓣部分(1)与内凹瓣部分(2)在周向上相互间隔周期性排布，可增加引射量与掺混效果。大部分引射气流由外凸瓣(1)结构流入，流道截面由上游至下游渐缩，引射器内正向流阻损失小于逆向，可抑制爆震管(6)出口的高压气体回传。爆震管(6)出口安装锥面环形挡板(4)，阻挡高压燃气逆流传播。该发明应用在脉冲爆震发动机上时，可在进气流阻较小的情况下有效抑制发动机出口高压燃气和压力波的前传、减少负推力，增大正向推力。

技术领域

本发明涉及脉冲爆震发动机技术领域，是一种适用于脉冲爆震发动机的变截面瓣状引射混合器设计。

背景技术

脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engines，简称PDE)是一种利用间歇式爆震波产生推力的新概念发动机。根据是否自带氧化剂，脉冲爆震发动机可分为吸气式脉冲爆震发动机和火箭式脉冲爆震发动机。由于PDE具有热循环效率高、结构简单、重量轻等潜在优点，近年来，很多国家均在积极开展相关研究。

虽然PDE相对于现有的推进系统具有很大的潜在优势，但是要把这些潜在的优势变成现实，尚面临许多挑战和难题。其中一个关键难题就是如何提高PDE的推进效率。推进效率ε_p的定义式为ε_p＝2/(1+V_排/V₀)，式中V₀为飞行速度，V_排为排气速度，即在飞行速度一定的情况下，保证排气总动量相同的同时，降低排气速度可以有效提高发动机对推进功的利用率。由于爆震燃烧属于自增压燃烧且燃烧效率高，燃烧后的气体经喷管膨胀后出口速度往往能接近2000m/s，导致低速飞行时PDE的推进效率较低，燃烧产生的有效功一部分经由余速损失浪费掉。所以如何在尽可能减少能量损失的情况下降低排气速度以提高推进效率，是PDE设计上的难点所在，也是将其推向实际应用的关键技术之一。

引射混合器是把不同温度、压力和组分浓度的两股流体在同向流动中混合形成一种具有中间温度、压力和组分浓度的流体的装置。通过在PDE尾端加装引射混合器，可以将PDE出口燃气与大气来流充分掺混，最终在引射混合器内形成速度较低的尾气排放至大气环境，从而降低排气速度，提高推进效率。但由于PDE所排放的燃气压力较高，具有各向膨胀的趋势，如不对向前的膨胀加以阻碍则会产生负推力。正是由于PDE排气过程具有高度欠膨胀特性，常规的燃气涡轮发动机的引射混合器已不再适用，亟须发展以PDE为应用背景的引射混合器。

发明内容

要解决的技术问题

为使脉冲爆震发动机的燃气与大气来流充分掺混以增加推进效率，同时抑制高压燃气在引射混合器中反向流动产生负推力，本发明提出一种适用于脉冲爆震发动机的瓣状变截面引射混合器装置。1)引射混合器入口为波瓣结构，这一结构具有诱发流向阵列漩涡的作用，相对于传统的圆形截面引射混合器，可增大引射量，增强掺混效果；2)引射混合器内部截面由上游至下游逐渐缩小，且壁面型面为流线型，亚音速来流在引射混合器内加速，使引射混合器内正向气流流动损失小于逆向流动损失，从而有效地阻止爆震管出口的高压气体向上游传播，尽可能地使爆震排气过程产生正推力而非负推力；3)在爆震管出口上游安装挡板，可以第一时间延缓爆震管出口处的高压燃气向上游反传，且引射混合器来流面积较大的情况下，可使得挡板对于引射混合器进气的影响相对达到最小。该结构加工简单，便于工业生产，在工程上有较好的应用前景。

技术方案

本发明的目的在于提供一种适用于脉冲爆震发动机的变截面瓣状引射混合器。

本发明技术方案如下：