一種回流式脈沖爆震燃燒室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種回流式脈沖爆震燃燒室，包括擴(kuò)壓機(jī)匣、燃燒室外機(jī)匣、燃燒室內(nèi)機(jī)匣、燃燒室頭部機(jī)匣、渦流導(dǎo)向器、噴油噴嘴、電火花、燃?xì)庹问摇型回流爆震管和Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置。J型回流脈沖爆震管頭部進(jìn)氣混合段上設(shè)有軸向主進(jìn)氣孔和徑向輔進(jìn)氣孔，進(jìn)氣混合段通過點(diǎn)火座與燃燒室外機(jī)匣相連；尾部排氣彎段固定在燃燒室內(nèi)機(jī)匣上的安裝孔與燃?xì)庹问蚁噙B，渦輪導(dǎo)向器安裝在燃?xì)庹问抑?。本發(fā)明通過排氣彎段可縮短爆震室軸向距離，利用燃燒室內(nèi)外套間的容積減小爆震回傳的影響，并利用排氣彎段預(yù)熱空氣使可燃物混合更加充分，使爆震燃燒更易組織。
【專利說明】
一種回流式脈沖爆震燃燒室
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種回流式脈沖爆震燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)(pulsedetonat1n engine,F1DC)是利用周期性的爆震波產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈦懋a(chǎn)生推力的新概念發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)榫哂醒h(huán)熱效率高，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)而受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。根據(jù)其是否自帶氧化劑，脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)可在吸氣式和火箭式兩種模式下工作.吸氣式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)又分為基本型脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、脈沖爆震渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和組合式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī).基本型脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)主要由進(jìn)氣道、爆震燃燒室和尾噴管組成，高溫、高速爆震燃?xì)鈴谋鹑紵医?jīng)尾噴管后直接排出.與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫燃?xì)庀冉?jīng)渦輪做功再經(jīng)尾噴管加速排出相比，基本型脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的熱利用率變低，大部分熱量都耗散在環(huán)境中.為了提高熱利用率，國外學(xué)者提出了脈沖爆震渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的概念，它與基本型脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)不同，主要由脈沖爆震燃燒室(PDC)、壓氣機(jī)和渦輪等組成，它可提尚發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)熱效率(從傳統(tǒng)等壓循環(huán)的0.27提尚到爆震循環(huán)的0.49)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)單位功率，降低耗油率;并且爆震燃燒室進(jìn)出口增壓比可達(dá)6左右，從而減少高壓部件級數(shù)，甚至替代核心機(jī)，大大減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功重比。
[0003]然而在實(shí)際應(yīng)用過程中，以碳?xì)淙剂吓c空氣可爆混合物的直管爆震室存在較長的爆燃向爆震轉(zhuǎn)變(Deflagrat1n to Detonat1n Transit1n，簡稱〃DDT〃)距離，DDT長于現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，故渦輪與壓氣機(jī)間的軸向距離將增長，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)發(fā)動(dòng)過長等問題。如何有效解決爆震室軸向距離過長問題，是成功研制脈沖爆震渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是:為了解決脈沖爆震燃燒室軸向距離過長難題，本發(fā)明提供一種回流式脈沖爆震燃燒室，該爆震燃燒室能夠顯著縮短壓氣機(jī)出口和渦輪進(jìn)口之間的軸向距離，尤其適用于代離心壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)和軸向長度受嚴(yán)格限制的直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種回流式脈沖爆震燃燒室，包括擴(kuò)壓機(jī)匣1、燃燒室外機(jī)匣2、燃燒室內(nèi)機(jī)匣3、燃燒室頭部機(jī)匣4、渦流導(dǎo)向器6、噴油嘴8、火花塞7;還包括燃?xì)庹问?、J型回流爆震管和Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置;燃燒室頭部機(jī)匣4周向均布有若干孔;若干所述J型回流爆震管置于燃燒室外機(jī)匣2和燃燒室內(nèi)機(jī)匣3之間形成的腔室內(nèi)，J型回流爆震首尾兩端的軸線相互平行且不重合;J型回流爆震管和腔室壁之間留有空隙，形成燃燒室；每一個(gè)J型回流爆震管彎曲尾部穿過燃燒室頭部機(jī)匣4上的孔與一個(gè)燃?xì)庹问?—側(cè)連接，燃?xì)庹问?另一側(cè)與渦流導(dǎo)向器6上游部分過盈配合，J型回流爆震管頭部與燃燒室外機(jī)匣2的出氣端相連，且頭部的尾端開有軸向主進(jìn)氣孔，側(cè)壁上開有徑向輔進(jìn)氣孔;J型回流爆震管內(nèi)設(shè)有Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置;所述整形室有6個(gè)單獨(dú)的圓形燃?xì)馊肟?，入口后不斷擴(kuò)張最終鏈接成一體呈一環(huán)形出口；高壓空氣經(jīng)過擴(kuò)壓機(jī)匣I上的擴(kuò)壓葉片減速擴(kuò)壓后進(jìn)入燃燒室外機(jī)匣2和燃燒室內(nèi)機(jī)匣3之間的腔室后，通過主進(jìn)氣孔與輔進(jìn)氣孔進(jìn)入J型回流爆震管，同時(shí)噴油嘴8將燃油噴入主進(jìn)氣孔，與空氣混合形成均勻的可爆混合物，位于噴油嘴8下游的火花塞點(diǎn)燃形成爆燃，經(jīng)過Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置后火焰加速轉(zhuǎn)變?yōu)楸鹑紵龔呐艢鈴澏位剞D(zhuǎn)180°后傳出爆震管，同時(shí)一部分氣體經(jīng)主輔進(jìn)氣孔反向流出，減小爆震回傳對壓氣機(jī)的影響。
[0006]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述J型回流爆震管從頭部到彎曲尾部依次分為進(jìn)氣混合段、起爆直段和排氣彎段;進(jìn)氣混合段通過點(diǎn)火座與燃燒室外機(jī)匣2相連，且進(jìn)氣混合段上設(shè)有軸向主進(jìn)氣孔和徑向輔進(jìn)氣孔，噴油噴嘴8從軸向主進(jìn)氣孔伸入;尾部排氣彎段固定在燃燒室內(nèi)機(jī)匣3上，與燃?xì)庹问?—側(cè)相連，燃?xì)庹问?另一側(cè)與渦流導(dǎo)向器6相連;Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置位于J型回流爆震管內(nèi)起爆直段至排氣彎段中部。
[0007]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:當(dāng)J型回流爆震管首尾兩端的軸線所在平面穿過燃燒室頭部機(jī)匣4底部的軸線時(shí)，若干所述J型回流爆震管的排氣彎段相對分布；當(dāng)首尾兩端的軸線所在平面未穿過燃燒室頭部機(jī)匣4底部的軸線時(shí)，若干所述J型回流爆震管的排氣彎段交錯(cuò)分布；且當(dāng)所述J型回流爆震管的排氣彎段相對分布時(shí)，起爆直段與混合段之間呈10-30°的斜角。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述J型回流爆震管進(jìn)氣混合段離燃燒室外機(jī)匣(2)末端的距離為0.5-1倍的管徑，排氣彎段的彎曲半徑為2.5-3倍管徑。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述J型回流爆震管為6個(gè)J型回流爆震管。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述6個(gè)J型回流脈沖爆震管，能夠同時(shí)點(diǎn)火工作或分時(shí)點(diǎn)火工作。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置為實(shí)心螺旋狀結(jié)構(gòu)，焊接在點(diǎn)火室至排氣彎段之間。
[0012]發(fā)明效果
[0013]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:本發(fā)明提出的一種回流式脈沖爆震燃燒室，有益效果包括三個(gè)方面:首先，由于爆震成J型，相比與普通爆震管可有效縮短軸向距離。其次來流空氣首先經(jīng)過高溫的排氣彎段，可以先帶走部分熱量降低爆震管壁溫，延長爆震管使用時(shí)間，同時(shí)被加熱的空氣能有利于可燃物的混合和爆震起爆燃燒過程。此外回流脈沖爆震管與燃燒室內(nèi)外套之間形成一定空間的容積，在爆震燃燒時(shí)產(chǎn)生的回傳爆震波在傳到壓氣機(jī)前會首先在容積空間里緩沖減弱，減小爆震回傳對壓氣機(jī)的影響，從而提高爆震渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的工作穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0014]圖1:本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖
[0015]圖2:本發(fā)明的J型回流爆震管A型的結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖3:本發(fā)明的J型回流爆震管B型的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖4:燃?xì)庹问液腿紵覚C(jī)匣的結(jié)構(gòu)圖
[0018]圖5:實(shí)施方式一爆震管分布圖
[0019]圖6:實(shí)施方式二爆震管分布圖
[0020]圖7:燃燒整形室結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]附圖標(biāo)記說明:I一擴(kuò)壓機(jī)匣，2—燃燒室外機(jī)匣，3—燃燒室內(nèi)機(jī)匣，4一燃燒室頭部機(jī)匣，5—燃?xì)庹问遥?—渦輪導(dǎo)向器，7—火花塞，8—燃油噴嘴，9一J型回流爆震管A，10 一進(jìn)氣混合段A，11 一起爆直段A，12 一排氣彎段A型，13 一主進(jìn)氣孔，14 一輔進(jìn)氣孔，15 一點(diǎn)火孔，16—Shchelkin螺旋A，17—J型回流爆震管B，18—進(jìn)氣混合段B，19 一起爆直段B，20—排氣彎段B，21—Shche Ikin螺旋B，22—點(diǎn)火座，23—燃油噴嘴安裝座，24—排氣彎段安裝孔。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例，對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說明。
[0023]1、參見圖1-圖7，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】描述本發(fā)明。本實(shí)施例中，燃?xì)庹问?底端為一圓盤形，一面與渦流導(dǎo)向器6相連接，另一面上設(shè)有6個(gè)中空凸起，且從凸起頂端至燃?xì)庹问?底端的內(nèi)徑逐漸增大，呈擴(kuò)張型，最終連接成為一體，形成環(huán)形出口，凸起頂端為一圓形入口，J型回流爆震管與該入口相連接設(shè)有六個(gè)J型回流脈沖爆震管9，所有的爆震管的中心軸線沿圓周方向均勻分布，J型回流脈沖爆震管9由進(jìn)氣混合段10、起爆直段11和排氣彎段12組成。進(jìn)氣混合段離燃燒室外機(jī)匣2末端的距離為0.5-1倍管徑，混合段10上開有主進(jìn)氣孔13和輔進(jìn)氣孔14，主進(jìn)氣孔13用于軸向進(jìn)油進(jìn)氣，輔進(jìn)氣孔14用于徑向進(jìn)氣促進(jìn)可燃物的混合，距離主進(jìn)氣孔1-1.5管徑處設(shè)有火花塞安裝座22，爆震管通過火花塞安裝座固定在燃燒室外機(jī)匣2上。起爆直段11與混合段10之間程10-30°的斜角，起爆直段11內(nèi)設(shè)有Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置16，Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置16—直延伸至排氣彎段12中部，用于實(shí)現(xiàn)爆燃向爆震的轉(zhuǎn)變。排氣彎段12前端與起爆直段11相連，末端固定在燃燒室內(nèi)機(jī)匣3上，彎段彎曲半徑為2.5-3倍管徑，其尾端有一 0.5-1倍管徑的直段，排氣彎段使燃燒產(chǎn)物回轉(zhuǎn)180°排入燃?xì)庹问?后進(jìn)入渦輪導(dǎo)向器6。6個(gè)J型回流脈沖爆震管，可以根據(jù)需要同時(shí)點(diǎn)火工作也可以分時(shí)點(diǎn)火工作。分時(shí)點(diǎn)火工作時(shí)6個(gè)爆震管依次順序點(diǎn)火，從而燃燒室的工作頻率為爆震管工作頻率的六倍，從而提高燃燒室的工作頻率。
[0024]實(shí)施方式一:
[0025]本實(shí)例中的回流式脈沖爆震燃燒室的擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)I可根據(jù)壓氣機(jī)形式改變，在本實(shí)施方式中，在擴(kuò)壓器圓盤上均勻分布著15個(gè)徑向三角擴(kuò)壓葉片，相鄰三角擴(kuò)壓葉片間隔24°。在擴(kuò)壓器圓盤周向均勻分布著40個(gè)整流葉片，葉片入口與軸向成45°，出口與軸向平行。擴(kuò)壓器通過整流葉片與機(jī)匣鏈接，擴(kuò)壓器圓盤上開有4個(gè)螺栓孔用于固定軸承。
[0026]本實(shí)例中的回流式脈沖爆震燃燒室包含6個(gè)J型回流爆震管A型9，參見圖2，每個(gè)爆震管由混合段10、起爆直段11、排氣彎段12組成，爆震管的中心軸線沿圓周方向均勻分布，相鄰的兩個(gè)爆震管中心軸線的圓心角相同均為60°，其分布參見圖2。每個(gè)爆震管的混合段10外都有軸向安裝的燃油噴嘴8，燃油噴嘴8從燃燒室外機(jī)匣上伸入混合段的主進(jìn)氣孔13。
[0027]在本實(shí)例回流式脈沖爆震燃燒室工作時(shí)，從壓氣機(jī)來的高壓空氣首先經(jīng)過擴(kuò)壓器擴(kuò)壓減速進(jìn)入燃燒室，減速后的空氣在燃燒末端轉(zhuǎn)折180°后，從混合段10的主進(jìn)氣孔13與輔進(jìn)氣孔14進(jìn)入爆震管，同時(shí)燃油噴嘴8將燃油噴入主進(jìn)氣孔13，與空氣混合形成均勻的可爆混合物，之后充分摻混的可爆混合物填充滿J型回流爆震管9，然后被火花塞7點(diǎn)燃形成爆燃，爆燃波經(jīng)過起爆直段的爆震增強(qiáng)裝置后強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，在局部形成很多高溫高壓點(diǎn)。這些高溫高壓點(diǎn)向后發(fā)展成穩(wěn)定的爆震波，爆震波沿排氣彎管轉(zhuǎn)折180°后傳出爆震管。由于爆震增壓作用，J型回流爆震管9內(nèi)部分燃?xì)鈱闹鬏o進(jìn)氣孔反向流出，反傳的氣流在爆震管與燃燒室內(nèi)外套間的容積空間中逐漸消弱，使得反傳對壓氣機(jī)的影響減弱，在J型回流爆震管9內(nèi)的壓力降低至來流壓力時(shí)，爆震管內(nèi)開始重新填充可爆混合物，重復(fù)進(jìn)行上述過程。六個(gè)J型回流爆震管9可以同時(shí)進(jìn)行上述過程，也可以分時(shí)進(jìn)行上述過程，在分時(shí)工作時(shí)6個(gè)J型回流爆震管依次順序噴油、點(diǎn)火。
[0028]實(shí)施方式二:
[0029]本實(shí)例中的回流式脈沖爆震燃燒室包含6個(gè)J型回流爆震管B型17參見圖3，B型相對與A型，其進(jìn)氣混合段18和起爆直段19間沒有夾角，其排氣彎段20比A型長42.9%，更有利于爆震波的形成。不同于A型爆震管，B型爆震管排氣彎段20的出口安裝在相鄰的渦輪導(dǎo)向器6出口上，6管總體成交錯(cuò)分布，同樣的B型爆震管的中心軸線沿圓周方向均勻分布，相鄰的兩個(gè)爆震管中心軸線的圓心角相同均為60°，其分布參見圖6。
[0030]在本實(shí)例中爆震管通過交錯(cuò)分布，在同樣的軸向距離下，爆震管總體長度增加，可以使爆震波形成的更充分，產(chǎn)生更大的熱功率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種回流式脈沖爆震燃燒室，包括擴(kuò)壓機(jī)匣(I)、燃燒室外機(jī)匣(2)、燃燒室內(nèi)機(jī)匣(3)、燃燒室頭部機(jī)匣(4)、渦流導(dǎo)向器(6)、噴油嘴(8)、電火花(7);其特征在于，還包括燃?xì)庹问?5)、J型回流爆震管和Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置;燃燒室頭部機(jī)匣(4)周向均布有若干孔;若干所述J型回流爆震管置于燃燒室外機(jī)匣(2)和燃燒室內(nèi)機(jī)匣(3)之間形成的腔室內(nèi)，J型回流爆震首尾兩端的軸線相互平行且不重合;J型回流爆震管和腔室壁之間留有空隙，形成燃燒室;每一個(gè)J型回流爆震管彎曲尾部穿過燃燒室頭部機(jī)匣(4)上的孔與燃?xì)庹问?5)上的每個(gè)入口一側(cè)連接，燃?xì)庹问?5)另一側(cè)與渦流導(dǎo)向器(6)上游部分過盈配合，J型回流爆震管頭部與燃燒室外機(jī)匣(2)的出氣端相連，且頭部的尾端開有軸向主進(jìn)氣孔，側(cè)壁上開有徑向輔進(jìn)氣孔;J型回流爆震管內(nèi)設(shè)有Shche Ikin螺紋增強(qiáng)裝置;高壓空氣經(jīng)過擴(kuò)壓機(jī)匣(I)上的擴(kuò)壓葉片減速擴(kuò)壓后進(jìn)入燃燒室外機(jī)匣(2)和燃燒室內(nèi)機(jī)匣(3)之間的腔室后，通過主進(jìn)氣孔與輔進(jìn)氣孔進(jìn)入J型回流爆震管，同時(shí)噴油嘴(8)將燃油噴入主進(jìn)氣孔，與空氣混合形成均勻的可爆混合物，位于噴油嘴(8)下游的火花塞點(diǎn)燃形成爆燃，經(jīng)過Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置后火焰加速轉(zhuǎn)變?yōu)楸鹑紵龔呐艢鈴澏位剞D(zhuǎn)180°后傳出爆震管，同時(shí)一部分氣體經(jīng)主輔進(jìn)氣孔反向流出，減小爆震回傳對壓氣機(jī)的影響。2.如權(quán)利要求1所述的一種回流式脈沖爆震燃燒室，其特征在于，所述J型回流爆震管從頭部到彎曲尾部依次分為進(jìn)氣混合段、起爆直段和排氣彎段;進(jìn)氣混合段通過點(diǎn)火座與燃燒室外機(jī)匣(2)相連，且進(jìn)氣混合段上設(shè)有軸向主進(jìn)氣孔和徑向輔進(jìn)氣孔，噴油噴嘴(8)從軸向主進(jìn)氣孔伸入;尾部排氣彎段固定在燃燒室內(nèi)機(jī)匣(3)上，與燃?xì)庹问?5)—側(cè)相連，燃?xì)庹问?5)另一側(cè)與渦流導(dǎo)向器(6)相連;Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置位于J型回流爆震管內(nèi)起爆直段至排氣彎段中部。3.如權(quán)利要求2所述的一種回流式脈沖爆震燃燒室，其特征在于，當(dāng)J型回流爆震管首尾兩端的軸線所在平面穿過燃燒室頭部機(jī)匣(4)底部的軸線時(shí)，若干所述J型回流爆震管的排氣彎段相對分布；當(dāng)首尾兩端的軸線所在平面未穿過燃燒室頭部機(jī)匣(4)底部的軸線時(shí)，若干所述J型回流爆震管的排氣彎段交錯(cuò)分布;且當(dāng)所述J型回流爆震管的排氣彎段相對分布時(shí)，起爆直段與混合段之間呈10-30°的斜角。4.如權(quán)利要求1或3所述的一種回流式脈沖爆震燃燒室，其特征在于，所述J型回流爆震管進(jìn)氣混合段離燃燒室外機(jī)匣(2)末端的距離為0.5-1倍的管徑，排氣彎段的彎曲半徑為2.5-3倍管徑。5.如權(quán)利要求1所述的一種回流式脈沖爆震燃燒室，其特征在于，所述J型回流爆震管為6個(gè)J型回流爆震管。6.如權(quán)利要求1或5所述的一種回流式脈沖爆震燃燒室，其特征在于，所述6個(gè)J型回流脈沖爆震管，能夠同時(shí)點(diǎn)火工作或分時(shí)點(diǎn)火工作。7.如權(quán)利要求1所述的一種回流式脈沖爆震燃燒室，其特征在于，所述Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置為實(shí)心螺旋狀結(jié)構(gòu)，焊接在點(diǎn)火室至排氣彎段之間。
【文檔編號】F23R3/00GK105972638SQ201610361767
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】鄭龍席, 王凌羿
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)