[發明專利]一種基于虹膜光圈原理的變阻塞比爆震管

有效

• 申請號: 201910396515.0
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110173374B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 范瑋;趙明皓;鄭家煒;夏壹斌;劉賽南;王可
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02K7/02
• 分類號: F02K7/02;G01L23/22;G01M15/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種基于虹膜光圈原理的變阻塞比爆震管，包括爆震管組件、阻塞比調節組件、測試組件和供氣組件。該裝置利用阻塞片的轉動來調節爆震管內部的阻塞比，相比于常規的固定阻塞比爆震管具有較大的優勢，其可以利用外部步進電機，針對不同環境和工況對阻塞比進行調節，能提高起爆效果。該類型裝置應用于爆震領域在國內外尚屬首創，具有結構簡單、調節方便、可以較好地適應外部環境的變化、提高燃燒效率和節約成本等優勢。可在爆震推進及爆震實驗等領域得到應用。

技術領域

本發明涉及爆震燃燒、爆震推進及爆震實驗等領域，具體為基于虹膜光圈原理的變阻塞比爆震管。

背景技術

目前，燃燒及與其相關的動力機械仍然是人類最主要的動力來源，眾所周知，自然界中存在兩種不同的燃燒波：緩燃波和爆震波。緩燃波是一個比較簡單的化學反應區，相對于反應物以亞音速傳播，爆震波相對于反應物以超音速傳播。當前航空航天發動機主要采用等壓燃燒，其燃燒波均以緩燃波為主，經過漫長的發展和革新，技術水平已經相當成熟，熱效率的提升幾乎到達瓶頸。因此，提高航空航天發動機的熱效率需要新的燃燒和循環方式，而基于等容燃燒過程的爆震燃燒恰好滿足要求，已成為研究的熱點。

通常，獲取爆震波的途徑主要有兩種：一是采用直接起爆的方法，通過高能點火裝置點燃燃料，來直接獲得爆震波，由于需要較高的點火能量，使得該方法很少得到應用；二是采用由緩燃向爆震轉變(Deflagration to Detonation Transition，簡稱DDT)的方法來獲得爆震波，通過較小的點火能量點燃混氣形成緩燃波，經過DDT段，緩燃波逐漸加速發展成為爆震波，該種方法較為簡單，是當前主流的爆震波獲取手段。然而，不同類型的DDT段會對爆震波的形成產生較大的影響，其中DDT段的阻塞比就是一個重要的因素，其能夠影響由緩燃向爆震轉變所需的時間。目前，爆震管中主要采用Shchelkin螺旋作為DDT段的障礙物，雖然在實驗中能夠獲得較好的起爆效果，但是阻塞比無法調節，不利于實際應用。

此外，爆震燃燒通常應用于航空航天推進領域，其外界工況較為復雜，為保證爆震管內的燃料在任何工況下均能形成爆震波，通常會增加DDT段的長度，但在工況良好的情況下，爆震波會在DDT中段形成，此時，后端的障礙物會造成能量損失并且易發生燒蝕現象。如果后端DDT段的阻塞比能根據實際情況來進行調節，會極大地增加爆震管的使用壽命。因此，設計一種可調節阻塞比的爆震管就顯得尤為重要，本發明為基于虹膜光圈原理的變阻塞比爆震管，恰能解決爆震管阻塞比不能調節的問題，并且易于更換損壞的阻塞片，對爆震燃燒的實際應用具有重要的意義。

發明內容

要解決的技術問題

目前，常規爆震管的DDT段通常采用Shchelkin螺旋或其他結構形式的障礙物，雖然在實驗中可以獲得良好的效果，但在實際應用中，爆震發動機的工況較為復雜，需要根據外界條件來實時改變爆震波的產生位置，此時，固定阻塞比的爆震管將不再適用。針對該問題，本發明提出用虹膜光圈原理來改變爆震管的阻塞比，進而調節爆震波的產生位置，以適應外界工況的變化。本發明可以用于爆震推進及爆震實驗等領域。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于虹膜光圈原理的變阻塞比爆震管，包括爆震管組件、阻塞比調節組件、測試組件和供氣組件，其特征在于：阻塞比調節組件和測試組件按一定的排列方式安裝于爆震管組件中，供氣組件則通過管路將燃料和氧化劑供給至爆震管組件，在爆震管頭部點火后，爆震管組件中的緩燃波經過DDT過程形成爆震波，此時測試組件對爆震管內的壓力、溫度等參數進行測量，并結合燃料和氧化劑的實時狀態進行相關分析，然后將分析結果傳遞給阻塞比調節組件，隨后，阻塞比調節組件開始作動，改變阻塞比，以適應工況的變化。使用變阻塞比爆震管可以擴大爆震管正常工作的工況范圍，使之在低壓、低溫和貧富油極限附近亦能正常工作。