[發明專利]一種脈沖爆震發動機燃燒室及其起爆方法

有效

• 申請號: 201910376650.9
• 申請日: 2019-05-04
• 公開（公告）號: CN110131071B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 王治武;潘智剛;黃晶晶;偉力斯;王亞非;劉志
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西安石油大學
• 主分類號: F02K7/02
• 分類號: F02K7/02;F02K9/62;F02K9/95
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明提出一種脈沖爆震發動機燃燒室及其起爆方法，將大尺寸的主爆震室分割成若干尺寸較小的分區，首先將空氣和燃料填充到主爆震室，然后在靠近爆震室左端壁的第一列分區中用低能量點火，火焰在小尺寸的分區中經加速形成能量較大且含有大量活性基團的熱射流進入主爆震室；隨后，該射流與左端壁面碰撞導致激波聚焦，火焰速度加快、激波強度加強；接著，通過相應的時序控制用低能量點燃距離左端壁面較遠的第二列分區中的混合燃料，此分區形成的射流進入主爆震室再次增加了點火能量。相比于普通點火，本發明將多點點火、射流點火、障礙物強化擾流、激波反射聚焦和小管道加速等原理和方法有機結合起來，爆震波會在更短的時間和距離內產生也就縮短了DDT的時間和距離。

技術領域

本發明涉及發動機技術領域，特別涉及一種脈沖爆震發動機燃燒室及其起爆方法。

背景技術

脈沖爆震發動機(PDE)是一種利用脈沖式爆震波產生的高溫高壓燃氣來產生推力的自增壓(約13-15倍)動力裝置，可以運行在一個非常寬的飛行馬赫數范圍內(Ma＝0～5)，而且在亞聲速、超聲速都可以高效工作。按照是否自帶氧化劑，脈沖爆震發動機分為吸氣式脈沖爆震發動機和火箭式脈沖爆震發動機。另外，爆震燃燒模式具有熱效率高(49％)、燃燒速率快(2000m/s)的顯著優點。采用該技術的PDE容熱強度高，能使動力裝置獲得更大的單位推力和更低的耗油率。

生成爆震波是脈沖爆震發動機的內在本質，通過高能量強點火模式的爆震波直接起爆在工程上幾乎是不可能實現的，因為大部分的碳氫燃料和空氣混合物直接起爆需要的能量很高。此外，直接起爆對混氣的品質、均勻性以及湍流度均有較高的要求，即點火過程對爆震室內的非定常氣流流動十分敏感。通過低能量的點火源首先產生緩燃波，然后通過火焰加速、激波和火焰的相互作用實現緩燃向爆震的轉變(Deflagration to DetonationTransition，簡稱DDT)，才是爆震波切實可行的觸發方式。目前，減小緩燃向爆震轉變距離的方法包括Shchelkin螺旋等擾流強化裝置，或采取一些新型點火方式，如：瞬態等離子點火、分布式外部點火源點火、射流點火、光學點火和激波聚焦等，但如何有效突破DDT過程的瓶頸仍然沒有得到較好的解決。

發明內容

緩燃向爆震轉捩(Deflagration to Detonation Transition，簡稱DDT)過程的長短決定了爆震室的長度，因此在很大程度上影響了脈沖爆震發動機的頻率。為了進一步的縮短DDT過程、實現高效、快速、短距的起爆，本發明提出了一種脈沖爆震發動機燃燒室及其起爆方法，在低能量點火的前提下，通過相應的結構設計、空間布局和點火時序等實現熱射流、激波聚焦、多點點火、障礙物強化擾流等多種促爆機制和方法的有機結合，從而縮短DDT距離和時間，提高發動機工作頻率，進而提升發動機性能。對于吸氣式脈沖爆震發動機，由于縮短了DDT時間，一個工作循環內，發動機有更多的時間用于排氣，從而減小反傳燃氣的總壓，使得進氣道內的壓力脈動減小，從而提升吸氣式脈沖爆震發動機的推進性能。

本發明的原理是將主爆震室劃分為若干分區，在分區中低能量點火后，由于分區尺寸較小，火焰在分區里面加速傳播，攜帶大量活性基團的熱射流從分區出口射出進入主爆震室，增強了點火能量；而多個分區同時點火，即充分發揮了多點點火的優勢，顯著增加了主爆震室中的點火覆蓋面積；沿周向對稱分布的分區結構又實現了激波聚焦，從而增強了激波的強度；同時分區的存在又兼顧障礙物的作用，增加了湍流度，有利于火焰的加速燃燒。

本發明的技術方案為：

所述一種脈沖爆震發動機燃燒室，包括主爆震室、燃油噴嘴和吸氣閥門；燃油噴嘴布置在主爆震室壁面或端面上，能夠向主爆震室內噴注燃料，吸氣閥門布置在主爆震室壁面或端面上，能夠向主爆震室內吸入氧化劑或空氣；

其特征在于：在主爆震室內壁面上沿軸向布置有兩列分區，每一列分區由若干個獨立的小分區組成，每個小分區為僅一端開口的密閉結構，開口方向朝向主爆震室內端面；在每個小分區內部安裝有點火器，且同一列分區中所有小分區的點火器串聯，能夠同時點火。