[发明专利]吸气式连续旋转爆震燃烧驱动的预混式二氧化碳气动激光器

权利要求书

1.一种吸气式连续旋转爆震燃烧驱动的预混式二氧化碳气动激光器，其特征在于：安装在吸气式飞行器上，包括吸气式连续旋转爆震燃烧装置、过渡段、CO₂气动激光产生装置和排气段；

吸气式连续旋转爆震燃烧装置包括中心体和同轴套装在中心体外周的筒形外壳；

筒形外壳包括一体设置的前端锥形壳和后端筒形壳；

中心体包括从前至后依次设置的进气锥部、大圆柱部、小圆柱部和尾锥部；大圆柱部的直径不小于进气锥部的最大截面直径，但大于小圆柱部的直径；

进气锥部与前端锥形壳之间的间隙形成进气道，大圆柱部与后端筒形壳的前端之间的间隙形成隔离段，小圆柱部与后端筒形壳之间的间隙形成旋转爆震燃烧室；

大圆柱部的中心设有燃料积液腔和沿燃料积液腔周向布设的多个环形燃料喷注通道，每个燃料喷注通道的一端与燃料积液腔相连，燃料积液腔通过中心体冷却通道与外侧的燃料供应系统相连；每个燃料喷注通道的另一端与隔离段或旋转爆震燃烧室前端相连通；

燃料供应系统所提供的燃料为液态的甲苯、苯、煤油，或者气态的乙炔、甲烷碳氢燃料，燃料选取原则为含碳量大于含氢量且易燃易爆，通过控制燃料配比控制产物中水的含量，产物中水的含量要求少于总质量的1％；

位于旋转爆震燃烧室前端的后端筒形壳上设有点火装置，用于将从燃料喷出口喷出的燃料和从进气锥部进入的氧化剂的混合气进行点燃；其中，氧化剂为空气；

CO₂气动激光产生装置通过过渡段与吸气式连续旋转爆震燃烧装置相连接；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；

当吸气式飞行器超音速飞行时，超声速的空气从进气道吸入并变为亚声速或者超声速，在隔离段或旋转爆震燃烧室前端与从燃料喷注通道喷注的燃料预混合，并经点火装置点火，在旋转爆震燃烧室产生旋转爆震波组织的燃烧，燃烧后气体经CO₂气动激光产生装置后产生连续激光；

过渡段为圆转矩的结构，包括上游圆形段和下游矩形段，下游矩形段的纵截面积不超过吸气式连续旋转爆震燃烧装置尾部的圆形截面积；

排气段设置在CO₂气动激光产生装置的尾端，其构型依据激光器的工作模式而定，当仅用于产出激光用途时，呈减缩构型；既要产出激光，又要产生推力时，排气段则呈缩放构型。

2.根据权利要求1所述的吸气式连续旋转爆震燃烧驱动的预混式二氧化碳气动激光器，其特征在于：旋转爆震燃烧室的环形宽度δ和最小长度L_min，满足如下计算公式：

δ≥0.5λ，当采用液体燃料时，还需δ≥d；

其中，h^*＝(12±5)λ

式中，λ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所述的吸气式连续旋转爆震燃烧驱动的预混式二氧化碳气动激光器，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，等于爆震波高度h^*；U_j为喷注速度，取决于隔离段中空气来流速度，该空气来流速度位于小于D的亚声速到超声速范围内；D为爆震波传播速度。

4.根据权利要求1所述的吸气式连续旋转爆震燃烧驱动的预混式二氧化碳气动激光器，其特征在于：中心体冷却通道设置在小圆柱部和尾圆锥部中，且与小圆柱部和尾圆锥部的外形轮廓相同。

5.根据权利要求1所述的吸气式连续旋转爆震燃烧驱动的预混式二氧化碳气动激光器，其特征在于：后端筒形壳中设置有外壳冷却液通道。

6.根据权利要求1所述的吸气式连续旋转爆震燃烧驱动的预混式二氧化碳气动激光器，其特征在于：点火装置为火花塞和热射流中一种或两种。