[发明专利]连续旋转爆震火箭燃烧驱动的预混式二氧化碳气动激光器

权利要求书

1.一种连续旋转爆震火箭燃烧驱动的预混式CO₂气动激光器，其特征在于：包括连续旋转爆震燃烧装置、过渡段、CO₂气动激光产生器装置和排气段；

连续旋转爆震燃烧装置包括壳体、中心锥体、旋转爆震燃烧室和喷注面板；

壳体呈圆筒形，同轴套装在中心锥体的外周；中心锥体包括同轴设置的圆柱部和圆锥部；

圆柱部的外壁面与壳体的内壁面之间形成旋转爆震燃烧室，旋转爆震燃烧室的纵截面呈环形；

喷注面板分别与壳体端部和圆柱部的端部相连接，喷注面板上设置有燃料喷注通道和氧化剂喷注通道，燃料喷注通道的燃料喷出口和氧化剂喷注通道的氧化剂喷出口能相交，且相交点位于旋转爆震燃烧室内；

爆震燃烧以激波与燃烧波耦合的方式消耗未燃混合物，能够产生大于15-55 atm的燃气压力和大于2800 K的燃气温度；由于爆震波传速度快，燃烧过程能视为等容燃烧过程，因而其热力循环效率高，能将激光产出效率翻倍；

壳体上设置有点火装置，用于将从燃料喷出口喷出的燃料和从氧化剂喷出口喷出的氧化剂进行点燃；其中氧化剂为氧气或空气；

CO₂气动激光产生装置包括矩形壳体、内置在矩形壳体中的阵列喷管和光腔，与光腔对应的矩形壳体上设置激光出口；

过渡段用于连接连续旋转爆震燃烧装置和CO₂气动激光产生装置，圆锥部的尖顶朝向过渡段；排气段能使出光后产物气体快速排到外界；排气段的结构需根据激光器的工作模式而定，当仅用于产出激光时，排气段呈减缩构型，将超声速气流的部分动能恢复为压力势能，使压力恢复为与大气压相近；当既要产出激光，又要产生推力时，排气段则呈缩放构型，实现热能到光能转换的同时继续利用燃气排放的动能。

2.根据权利要求1所述的连续旋转爆震火箭燃烧驱动的预混式CO₂气动激光器，其特征在于：旋转爆震燃烧装置中旋转爆震燃烧室的环形宽度和最小长度，满足如下计算公式：

≥0.5，当采用液体燃料时，还需≥d；

其中，

式中，为旋转爆震燃烧室在室压下混合气所对应的胞格尺寸，d为燃料液滴的最小直径。

3.根据权利要求2所述的连续旋转爆震火箭燃烧驱动的预混式CO₂气动激光器，其特征在于：旋转爆震燃烧室的周长l，则满足如下计算公式：

式中，h为旋转爆震燃烧室中混合气的高度，近似等于爆震波高度；为喷注速度，取决于氧化剂的来流速度；为爆震波传播速度。

4.根据权利要求1所述的连续旋转爆震火箭燃烧驱动的预混式CO₂气动激光器，其特征在于：壳体内设置有壳体冷却液通道。

5.根据权利要求1所述的连续旋转爆震火箭燃烧驱动的预混式CO₂气动激光器，其特征在于：中心锥体内设置有锥体冷却液通道。

6.根据权利要求1所述的连续旋转爆震火箭燃烧驱动的预混式CO₂气动激光器，其特征在于：喷注面板的外侧设置有壳体端盖，壳体端盖中设置有燃料积液腔和氧化剂缓冲腔，燃料积液腔分别与燃料供应系统和燃料喷注通道相连接，氧化剂缓冲腔分别与氧化剂供应系统和氧化剂喷注通道相连接。

7.根据权利要求1所述的连续旋转爆震火箭燃烧驱动的预混式CO₂气动激光器，其特征在于：点火装置为火花塞和热射流中一种或两种。

8.根据权利要求1所述的连续旋转爆震火箭燃烧驱动的预混式CO₂气动激光器，其特征在于：过渡段为圆转矩的结构，包括上游圆形段和下游矩形段，上游圆形段与连续旋转爆震燃烧装置连接，下游矩形段与CO₂气动激光产生装置器连接；下游矩形段的纵截面积不超过连续旋转爆震燃烧装置尾部的圆形截面积。