[實用新型]一種渦輪組合脈沖爆震發(fā)動機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920032416.6
• 申請日: 2009-04-01
• 公開（公告）號: CN201407102Y
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱華;嚴傳俊;范瑋;鄭龍席
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F02C3/04
• 分類號: F02C3/04;F02C3/14;F02C7/264;F04D17/10;F04D29/44;F04D19/00;F04D29/54
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心
• 代理人: 顧潮琪

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種脈沖爆震發(fā)動機。

背景技術(shù)

爆震波的發(fā)現(xiàn)最早可以追溯到18世紀末，相比于爆燃波，爆震波的傳播速度可以達到幾千米每秒，同時產(chǎn)生極高的燃氣壓力(大于15至55個大氣壓)和燃氣溫度(大于2800K)，根據(jù)傳統(tǒng)CJ理論，CJ爆震點是熵增的最小點，這意味著以爆震燃燒為基礎(chǔ)的推進系統(tǒng)在熱循環(huán)效率上將非常具有優(yōu)勢，因此自上世紀四十年代開始，各機構(gòu)競相研究爆震發(fā)動機，在六十多年的探索研究階段，出現(xiàn)了各種類型的爆震發(fā)動機，當前該領(lǐng)域研究的熱點主要集中在基于脈沖爆震循環(huán)的脈沖爆震發(fā)動機。

對于純脈沖爆震發(fā)動機，其不含任何轉(zhuǎn)動部件，故結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，但與傳統(tǒng)沖壓發(fā)動機相同的是，其必須利用速度沖壓來實現(xiàn)空氣的流入，因此發(fā)動機無法地面啟動。為解決地面啟動問題，進一步提高脈沖爆震發(fā)動機推進性能，同時實現(xiàn)功率提取，渦輪轉(zhuǎn)動部件被引入到了脈沖爆震發(fā)動機中，即燃氣渦輪脈沖爆震組合發(fā)動機。對于這種組合發(fā)動機結(jié)構(gòu)，最早于2002年John?hoke等人將汽車用渦輪增壓器接到爆震管出口，以爆震燃燒波驅(qū)動渦輪，并進而實現(xiàn)自吸氣；2005年美國GE公司提出了兩種專利方案，其共同特點是將爆震管與燃氣渦輪設(shè)計成一體，通過切向排氣驅(qū)動渦輪，由于爆震管長度由DDT距離決定，故其最大的缺點就是其渦輪尺寸很大；當前美國GE公司、辛辛那提大學(xué)及日本東京理工大學(xué)研究的焦點都是將軸流渦輪置于爆震管出口的組合發(fā)動機方案。

將渦輪轉(zhuǎn)動部件置于爆震室出口的初衷是以爆震燃燒取代現(xiàn)有燃氣渦輪發(fā)動機中的穩(wěn)態(tài)燃燒方式，從而方便新技術(shù)的移植，但另一方面其帶來了新的問題：(1)由DDT距離決定的爆震管長度將長于現(xiàn)有發(fā)動機燃燒室，故渦輪與壓氣機間的軸間距將加長；(2)由于爆震室出口存在渦輪轉(zhuǎn)動部件，爆震燃燒對其做功的同時，相比于無渦輪部件情況，爆震工作循環(huán)也會受渦輪影響，隨著渦輪轉(zhuǎn)速的增大，爆震循環(huán)與渦輪工作的耦合作用加強，從而增大爆震循環(huán)控制的復(fù)雜性進而降低爆震室可工作頻率；(3)由于爆震燃燒過程的強烈非定常特性，使得渦輪進口最小壓力與最大壓力比至少差18倍，同時該壓力落差變化在幾個毫秒，當前的渦輪設(shè)計方法很難保證在這種高強度短時壓力脈沖作用下的功率提取效率，實際測量值都較低，以上這些都是渦輪轉(zhuǎn)動部件置于爆震室出口方案中必須解決的問題。

實用新型內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)功率提取部件與爆震工作循環(huán)的耦合影響，本實用新型提出了一種將渦輪置于爆震室頭部，利用回傳爆震驅(qū)動渦輪的渦輪組合脈沖爆震發(fā)動機，能夠?qū)崿F(xiàn)地面啟動、降低發(fā)動機進氣阻力及實現(xiàn)發(fā)動機小型化。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括進氣裝置1、壓氣機、擴壓緩沖腔3、徑向渦輪4、導(dǎo)向器、導(dǎo)流機匣6、進氣閥7、點火系統(tǒng)8、多管爆震室9、噴管10、內(nèi)流道11、發(fā)動機殼體12及內(nèi)環(huán)壁14，沿發(fā)動機的氣流方向，進氣裝置1位于發(fā)動機殼體12最前端，壓氣機位于發(fā)動機殼體12內(nèi)、進氣裝置1下游并與進氣裝置1同軸布置；壓氣機和徑向渦輪4通過公共軸相連，徑向渦輪4的渦輪盤在上游，葉片向下游；導(dǎo)流機匣6是壓氣機和徑向渦輪4間的平滑過渡殼體，將軸承潤滑系統(tǒng)、齒輪傳動系統(tǒng)封裝于壓氣機和徑向渦輪4之間；導(dǎo)向器與徑向渦輪4同軸，位于導(dǎo)流機匣6與徑向渦輪之間；進氣閥7位于導(dǎo)流機匣6和發(fā)動機殼體12內(nèi)壁包圍形成的氣流流路內(nèi)，并在壓氣機和徑向渦輪4位置之間；擴壓緩沖腔3開始于壓氣機下游，終止于進氣閥7上游，是由導(dǎo)流機匣6和發(fā)動機殼體12圍成的環(huán)形腔道，擴壓緩沖腔3出口截面積應(yīng)大于壓氣機與發(fā)動機殼體12內(nèi)壁形成的氣流流道的最小面積；多管爆震室9在進氣閥7下游，是燃料/空氣混合物的爆震燃燒區(qū)域，由多個獨立爆震管沿圓周管環(huán)形分布而構(gòu)成，該環(huán)狀多管爆震室9的外環(huán)壁面為部分發(fā)動機殼體12，其內(nèi)環(huán)壁面構(gòu)成內(nèi)環(huán)壁14，內(nèi)環(huán)壁14與發(fā)動機殼體12的間距應(yīng)大于采用的燃料/空氣混合物的1倍胞格尺寸，同時內(nèi)環(huán)壁14下游端面與多管爆震室9下游端面在同一平面；環(huán)狀多管爆震室9從其上游端面開始在內(nèi)環(huán)處開有環(huán)型空腔，導(dǎo)向器及徑向渦輪4包于該環(huán)形空腔內(nèi)，徑向渦輪4葉片與內(nèi)環(huán)壁14最小間距小于1mm，徑向渦輪4最大外緣直徑與內(nèi)環(huán)壁14上游端面最大尺寸相同；徑向渦輪4下游為內(nèi)流道11，內(nèi)流道11由內(nèi)環(huán)壁14所包圍形成，內(nèi)環(huán)壁14上游插入導(dǎo)向器內(nèi)，插入深度為0.2～0.6倍的導(dǎo)向器軸向長度；點火系統(tǒng)8為多管爆震室9的點火裝置，一個爆震管對應(yīng)一個點火系統(tǒng)；多管爆震室9出口連接噴管10。

進氣裝置1與傳統(tǒng)發(fā)動機進氣道相同。