[发明专利]提高脉冲爆轰发动机推力的磁流体控制喷管

说明书

本发明公开了一种提高脉冲爆轰发动机推力的磁流体控制喷管，包括喷管壳体、第一磁场发生器环、第二磁场发生器环、电场发生器和喉部支架，第一磁场发生器环和第二磁场发生器环与喷管壳体同轴布置并固定于喷管壳体，且沿喷管壳体的轴向间隔布置，两者产生的磁场方向相反，喉部支架包括若干辐条，辐条与喷管壳体的内壁连接，喉部支架将喷管壳体的截面分隔为若干近似扇形区域，电场发生器包括正电极板和负电极板，正电极板和负电极板分别固定设置在辐条的两侧，若干近似扇形区域内形成的电场方向沿喷管壳体的截面的圆周均呈逆时针方向或均呈顺时针方向。本发明使得喷管在整个爆轰周期内的膨胀比都接近最佳值，提高了脉冲爆轰发动机的推力。

技术领域

本发明涉及一种发动机喷管，特别是涉及一种提高脉冲爆轰发动机推力的磁流体控制喷管。

背景技术

目前，基于空气动力学的定常喷管设计研究已经相对成熟，但是针对非定常流的喷管设计至今未有突破性进展。随着脉冲爆轰发动机(Pulse Detonation Engine，简称PDE)、脉冲发动机等非定常发动机的研究与应用，非定常流中的喷管设计成为研究者需要突破的重要技术，研究者需要通过喷管将非定常发动机燃烧室内产生的热能充分地转化为增加发动机推力的动力能。而此常规定常喷管的设计理念在这里不再适用，固定尺寸的喷管无法一直工作在最佳膨胀状态下。

脉冲爆轰发动机以脉冲爆轰波为基础，爆轰波能产生极高的燃气压力和燃气温度，以每秒几千米的速度向未燃混合物传播，爆轰燃烧过程接近等容过程。根据热力学理论可知基于等容燃烧的发动机Humphrey循环比基于等压燃烧的发动机Brayton循环具有更高的热循环效率。脉冲爆轰发动机燃烧理论上的优势如何转化为推进性能上的优势至今仍然困扰着众多学者，要将高温高压爆轰燃气的热能转化为发动机的推进性能，途径之一就是在其尾部安装合适的喷管。而PDE的温度和压力大跨度特性和非定常特性一致制约着非定常喷管的设计，至今学者对该发动机喷管的设计还未得出一致结论，PDE喷管的最佳结构与燃料、填充率、频率、高度、飞行马赫数等工作参数紧密相关。根据相关研究，PDE若采用固定结构喷管，甚至会出现同一类喷管在发动机不同工作状态下对PDE推进性能的影响完全相反的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高脉冲爆轰发动机推力的磁流体控制喷管，动态适应发动机的不同工况，解决脉冲爆轰发动机不同工作状态下推力提升问题。

本发明的技术方案是这样的：一种提高脉冲爆轰发动机推力的磁流体控制喷管，包括喷管壳体、第一磁场发生器环、第二磁场发生器环、电场发生器和喉部支架，所述第一磁场发生器环和第二磁场发生器环与所述喷管壳体同轴布置并固定于所述喷管壳体，所述第一磁场发生器环和第二磁场发生器环沿所述喷管壳体的轴向间隔布置，所述第一磁场发生器环产生的磁场方向与第二磁场发生器环产生的磁场方向相反，所述喉部支架包括若干辐条，所述辐条与所述喷管壳体的内壁连接，所述喉部支架将所述喷管壳体的截面分隔为若干近似扇形区域，所述电场发生器包括正电极板和负电极板，所述正电极板和负电极板分别固定设置在所述辐条的两侧，所述若干近似扇形区域内形成的电场方向沿所述喷管壳体的截面的圆周均呈逆时针方向或均呈顺时针方向。

运行过程中，脉冲爆轰发动机周期性地从燃烧室喷出高温高压的等离子气体，等离子气体经过所述喷管壳体喉部时，在第一磁场发生器环、第二磁场发生器环与电场发生器产生的电磁场中，显负电性的电子所受洛伦兹力由喷管轴线指向喷管壳体，显正电性的离子所受洛伦兹力由喷管壳体指向喷管轴线，由于电子的质量可以忽略不计，故气流将在喉部支架处收缩，气流具有了类似通过拉瓦尔喷管喉部时的收缩过程，通过控制电场发生器、磁场发生器产生的电磁场强度，可以使气流在整个爆轰周期内都接近最佳膨胀比，从而提高了脉冲爆轰发动机在整个周期内的推力。