[发明专利]一种基于旋转滑动弧点火的两相脉冲爆震燃烧室

说明书

本发明提出了一种基于旋转滑动弧点火的两相脉冲爆震燃烧室，包括进气段、旋转滑动弧点火系统、DDT段和爆震传播段。通过旋流器和连接杆将阴极钝体安装在爆震燃烧室内部，进气在旋流器的作用下形成旋转气流，随后喷油喷注并在旋流掺混段内形成旋转运动的油气混合物。控制等离子电源的触发，电弧在阴极钝体与燃烧室内壁面最短间隙处击穿，在旋转来流的作用下形成旋转滑动弧；进而利用旋转滑动弧的化学效应、输运效应和热效应改善两相脉冲爆震发动机的液体燃料雾化水平和点火及起爆性能。

技术领域

本发明涉及爆震燃烧和爆震推进等领域，具体为一种基于旋转滑动弧点火的两相脉冲爆震燃烧室。

背景技术

相比于缓燃燃烧，爆震是一种以较低的熵增来实现快速化学反应的燃烧过程，本质上近似于等容燃烧，故在用于推进系统时将具有更高的热循环效率。此外，在爆震燃烧过程中，前导激波可对反应物进行预压缩，即爆震波具有较好的自增压效果，如用在发动机上，可省去增压部件，简化结构。基于上述理论优势，爆震燃烧及爆震推进已成为当前空天动力领域的研究热点之一。

针对以爆震燃烧为基础的推进方案，现阶段较为成熟的是脉冲爆震发动机(PulseDetonationEngine，简称PDE)和旋转爆震发动机(RotatingDetonationEngine，简称RDE)。其中，尤以液态燃料PDE的工程实际应用前景最佳。然而，受液体燃料雾化的影响，常温下燃油喷雾不能完全雾化，导致气相燃料比例较低，这无法满足在点火过程中链式燃烧反应需要较高气相燃料组分的要求，进而不利于初始火核的形成和发展，使得起爆距离和时间变长。为解决以上问题，目前通常采用的方法主要有四种：一是增加液态燃料供给以提高气相当量比；二是延长爆燃向爆震转变(DeflagrationtoDetonationTransition，简称DDT)距离以使火焰充分经历湍流火焰加速阶段，从而实现起爆；三是对液态燃料进行预加热，以改善燃料雾化水平；四是增加氧化剂中的氧气含量，提高反应活性。然而，上述四种方法均存在一定的不足，例如：方法一造成了燃料的浪费；方法二会增加爆震发动机的长度；方法三需要在PDE上额外装配燃油加热器，增加了系统的复杂度；方法四需要在发动机上携带额外的氧气供给系统，不仅增加了发动机的重量，而且存在较大的安全隐患。

因此，针对上述现有技术的缺陷，设计一种能同时改善PDE的液态燃料雾化水平且实现高效点火的装置显得尤为重要。本发明提出了一种基于旋转滑动弧点火的两相脉冲爆震燃烧室，可利用旋转滑动弧等离子体的化学效应、输运效应及热效应有效改善两相脉冲爆震燃烧室点火及起爆性能，对促进两相脉冲爆震发动机的发展和应用具有重要意义。

发明内容

要解决的技术问题

针对当前两相脉冲爆震发动机的液体燃料雾化水平、点火及起爆技术的不足，本发明提出了一种基于旋转滑动弧点火的两相脉冲爆震燃烧室，旋转滑动弧放电过程中平均气体温度可达1000K，产生的电子温度高达30000K，兼具热平衡/非热平衡等离子体的优势。将旋转滑动弧装置用于两相脉冲爆震发动机，可通过以下三种效应改善液体燃料雾化水平和点火及起爆性能；第一种是化学效应，高能电子与燃料分子发生一系列碰撞(弹性和非弹性)、解离和激发反应，将大分子烃裂解为小分子烃，同时产生活性原子、自由基、离子以及激发态粒子，触发一系列链分支反应，最终加速燃烧反应速率；第二种是输运效应，离子风会改变旋转滑动弧附近的流场结构，增强湍流度和掺混，并促使液态燃料进行二次雾化，改善液态燃料雾化效果；第三种是热效应，旋转滑动弧放电过程会产生较高温度，进而可实现可燃混合物的点火。在上述三种效应的耦合作用下，能有效改善两相脉冲爆震发动机的液体燃料雾化水平和点火性能，并缩短起爆距离及时间。本发明可用于爆震燃烧和爆震推进领域。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于旋转滑动弧点火的两相脉冲爆震燃烧室，包括进气段、旋转滑动弧点火系统、DDT段和爆震传播段。