[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)脈沖爆震火箭發(fā)動機高頻工作方法

有效

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• 申請日: 2013-06-08
• 公開（公告）號: CN103291499A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設計）人: 范瑋;魯唯;王可;陳帆
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: F02K9/42
• 分類號: F02K9/42
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發(fā)明涉及發(fā)動機技術領域，具體為一種實現(xiàn)脈沖爆震火箭發(fā)動機高頻工作方法。

背景技術

脈沖爆震火箭發(fā)動機是一種利用脈沖爆震波產生周期性沖量的非定常推進系統(tǒng)，是基于爆震燃燒基礎上的間歇式工作的動力裝置。研究表明，脈沖爆震火箭發(fā)動機的工作頻率對其性能參數有著重要影響。工作頻率越高，發(fā)動機的工作狀態(tài)越穩(wěn)定，噪聲越小，同時可以得到更大的推力和推重比。當工作頻率達到100Hz時，發(fā)動機產生的推力趨近于連續(xù)。因此提高脈沖爆震火箭發(fā)動機的工作頻率對其實際應用有著重要意義。

脈沖爆震火箭發(fā)動機高頻工作主要需要解決的問題有氧化劑與燃料的高速噴注與混合，脈沖爆震間歇式燃燒方式與供油、供氣、排氣的匹配等。脈沖爆震火箭發(fā)動機的一個工作周期包括燃料氧化劑填充階段、爆震波形成和傳播階段、隔離氣體填充階段和排氣階段。目前實驗室中一般采用電磁閥控制推進劑與隔離氣體的間歇式填充。電磁閥的開啟和關閉需要一定的響應時間，這就決定了電磁閥的工作頻率有一個上限，一般的脈沖爆震火箭發(fā)動機的工作頻率都無法超越該頻率上限。另外，隔離氣體填充階段的時間也限制了工作頻率的提高。

發(fā)明內容

要解決的技術問題

為實現(xiàn)氧化劑與燃料的有效供給，同時打破電磁閥對脈沖爆震火箭發(fā)動機工作頻率的限制，盡可能地提高脈沖爆震火箭發(fā)動機工作頻率，本發(fā)明提出了一種實現(xiàn)脈沖爆震火箭發(fā)動機高頻工作方法。

技術方案

本發(fā)明的技術方案為：

所述一種實現(xiàn)脈沖爆震火箭發(fā)動機高頻工作方法，其特征在于：在脈沖爆震火箭發(fā)動機工作過程中，脈沖爆震火箭發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)以及氧化劑供給系統(tǒng)中的供給控制閥門始終打開；氧化劑供給壓力和燃料的供給壓力均處于爆震波平臺區(qū)壓力的正負5%范圍內；氧化劑供給系統(tǒng)以氧氣與氮氣的混合物作為氧化劑，氧氣濃度為30%～45%，氮氣濃度為70%～55%。

所述一種實現(xiàn)脈沖爆震火箭發(fā)動機高頻工作方法，其特征在于：氧氣濃度為40%，氮氣濃度為60%。

有益效果

采用本發(fā)明提出的一種脈沖爆震火箭發(fā)動機高頻工作方法，氧化劑采用氧氣濃度為30%～45%的氮氧混合物，其中優(yōu)選氧氣濃度為40%，氧化劑供給壓力與燃料供給壓力為爆震波平臺區(qū)壓力，脈沖爆震火箭發(fā)動機工作時，電動閥保持常開狀態(tài)，火花塞按照設置的頻率點火。推進劑填充階段氧化劑與燃料正常供給，爆震波形成后，爆震管內的壓力可以阻斷氧化劑和燃料的供給，實現(xiàn)了氧化劑與燃料的間歇式供給，并在一定程度上隔離新鮮反應物與上一個循環(huán)的高溫產物。本方案去除了傳統(tǒng)的隔離氣體填充階段，同時脈沖爆震火箭發(fā)動機工作頻率不會受到電動閥工作頻率的限制，僅由點火頻率決定，這樣可以提高脈沖爆震火箭發(fā)動機的工作頻率。

附圖說明

圖1：本發(fā)明所用的實驗裝置示意圖，燃料為液態(tài)

圖2：氧化劑、燃料供給與點火的工作時序圖

圖3：脈沖爆震火箭發(fā)動機工作頻率為60Hz的壓力波形圖

圖4：壓力波形局部放大圖

圖5：本發(fā)明所用的實驗裝置示意圖，燃料為氣態(tài)

其中：1、擠壓氣體氣瓶；2、截止閥，其中2-1為第一截止閥，2-2為第二截止閥，2-3為第三截止閥，2-4為第四截止閥，2-5為第五截止閥；3、減壓閥，其中3-1為第一減壓閥，3-2為第二減壓閥，3-3為第三減壓閥；4、液態(tài)燃料箱；5、電動閥，其中5-1為第一電動閥，5-2為第二電動閥，5-3為第三電動閥；6、爆震管；7、火花塞；8、防回火裝置；9、氧化劑氣瓶；10、氣態(tài)燃料氣瓶。

具體實施方式

下面結合具體實施例描述本發(fā)明：

實施例1：

參照附圖1，本實施例中的脈沖爆震火箭發(fā)動機裝置包括爆震管、燃料供給系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)。

本實施例中，采用液態(tài)汽油作為燃料，氮氣作為擠壓氣體，擠壓氣體通過第一截止閥2-1、第一減壓閥3-1和第二截止閥2-2與燃料箱4連接，燃料箱通過第三截止閥2-3和第一電動閥5-1接到爆震管6頭部的噴嘴上。氧化劑供給系統(tǒng)包括氧化劑氣瓶9，通過第四截止閥2-4、第二減壓閥3-2和第二電動閥5-2以及防回火裝置8接到爆震管上。點火系統(tǒng)包括火花塞7和點火頻率控制裝置。

氧化劑供給系統(tǒng)中采用氧氣與氮氣的混合物作為氧化劑，其中氧氣濃度為30%～45%、氮氣濃度為70%～55%，本實施例中取氧氣濃度為30%，氮氣濃度為70%，采用這樣配比的氧化劑，脈沖爆震火箭發(fā)動機工作時可以實現(xiàn)起爆，并能省去傳統(tǒng)控制方法需要的隔離氣體。