專利名稱：混壓式脈沖爆轟噴射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用脈沖爆轟技術(shù)在混壓腔內(nèi)產(chǎn)生高壓高溫氣體，并使氣體以比較均勻的方式從噴射口噴出的混壓式脈沖爆轟噴射裝置。
背景技術(shù)：
燃燒過程在可燃介質(zhì)中的傳播，一般存在著兩種模式一種稱為爆燃波，另一種稱為爆轟波。爆燃波是借助于熱傳導(dǎo)、擴(kuò)散和熱輻射等機(jī)制在介質(zhì)中向前傳播，這種波的傳播速度較低，典型的速度為每秒數(shù)米至每秒數(shù)十米；爆轟波是借助于激波壓縮起燃的機(jī)制在介質(zhì)中傳播，其傳播速度為每秒數(shù)千米。
在通過燃燒進(jìn)行化學(xué)能——熱能——機(jī)械能轉(zhuǎn)換的過程中，采用爆轟方式，將比采用爆燃方式獲得高出許多的能源轉(zhuǎn)換效率，這是因?yàn)楸Z過程是接近于等容壓縮加絕熱膨脹的過程，而爆燃過程是近似的等壓過程。
為能使爆轟波應(yīng)用于各種工業(yè)目的，提高能源使用效率，降低設(shè)備制造成本，二十世紀(jì)，各國科學(xué)家對爆轟過程機(jī)理進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，并從1992年開始對脈沖爆轟噴氣引擎的有關(guān)技術(shù)展開大量實(shí)驗(yàn)工作。脈沖爆轟噴氣引擎，是指在火箭或飛機(jī)引擎中脈沖式地激發(fā)爆轟波，從而產(chǎn)生推進(jìn)力的新型引擎。這種引擎具有效率高、成本低、易啟動(dòng)、易保養(yǎng)、推力—重量比高等一系列優(yōu)點(diǎn)，其使用將是航空航天推進(jìn)技術(shù)的一場革命，帶來航空器和航天器性能的重大改善。1992年以來，美國有數(shù)十家知名大學(xué)、權(quán)威研究機(jī)構(gòu)和大公司先后介入該方面的研究，其他國家科學(xué)家也大量涌入該領(lǐng)域的研究。
1998年，美國國家航空航天局(NASA)宣布，由其組織實(shí)施，部分NASA研究機(jī)構(gòu)、加州理工、普林斯頓、賓夕法尼亞州立大學(xué)和多家大公司參與的脈沖爆轟噴氣引擎模型試驗(yàn)工作取得成功，并將開始原型實(shí)驗(yàn)工作，爭取在2005年前后開始將該技術(shù)應(yīng)用于航天和航空發(fā)動(dòng)機(jī)。美國國家航空航天局(NASA)的結(jié)果宣布意味著脈沖爆轟技術(shù)研究的突破，帶來世界范圍內(nèi)更多的相關(guān)研究和相關(guān)投資。
目前各國所研究的脈沖爆轟噴氣引擎，雖然具有造價(jià)低、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，但其產(chǎn)生的劇烈的振動(dòng)和噪聲，使得這種引擎的應(yīng)用受到極大限制。同時(shí)，由于這種引擎的脈沖爆轟管直接與大氣或太空相連，爆轟的初壓難以提高，限制了能源使用效率的進(jìn)一步提高。
為達(dá)到上述目的本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案混壓式脈沖爆轟噴射裝置主要由脈沖爆轟管束體、混壓腔和噴射嘴等構(gòu)成，脈沖爆轟管束體內(nèi)有脈沖爆轟管，脈沖爆轟管的一端為進(jìn)料口和起爆端，另一端為出口端并與混壓腔相連，脈沖爆轟管束體中設(shè)有多個(gè)可以按照排定的程序輪流工作的并行排列的爆轟管。
本實(shí)用新型的管束體內(nèi)每個(gè)爆轟管的進(jìn)料口一端均裝有供燃料和助燃?xì)怏w進(jìn)料的進(jìn)料口及供起爆用的火花塞裝置。
本實(shí)用新型的每個(gè)爆轟管的出口都與一個(gè)供爆轟產(chǎn)物降壓、并在其內(nèi)部形成較均勻的壓力場的混壓腔相連。
本實(shí)用新型的混壓腔的前端與多個(gè)脈沖爆轟管的出口相連通，后端與一個(gè)供氣體噴出裝置外的噴射嘴相連，混壓腔的其余部位與外界封閉。
本實(shí)用新型的噴射嘴的上端與混壓腔圓滑連接，從噴射嘴的中部至下部呈喇叭口狀。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，將多個(gè)脈沖爆轟管與一個(gè)共用的混壓腔相聯(lián)，不同的脈沖爆轟管輪流工作時(shí)，脈沖爆轟所產(chǎn)生的高壓產(chǎn)物在混壓腔中預(yù)膨脹，形成較均勻的腔內(nèi)壓力；腔內(nèi)的高壓、高溫氣體通過腔壁上的噴射口噴出。這種新型設(shè)計(jì)不僅可以大幅度減少脈沖爆轟噴氣引擎的噪聲和振動(dòng)問題，同時(shí)可以使得爆轟初壓升高，進(jìn)一步提高能源的使用效率。另外，由于這種新型裝置的噴氣較為均勻，故可以考慮將其用于地面的渦輪式機(jī)械，從而為脈沖爆轟技術(shù)的地面應(yīng)用鋪設(shè)新的途徑，帶來更顯著的節(jié)能效果。
圖2是本實(shí)用新型的工作原理示意圖。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
如


圖1所示，本實(shí)用新型主要由脈沖爆轟管束體1、混壓腔2(
圖1中為半剖圖)和噴射嘴4(
圖1中為半剖圖)所構(gòu)成。在管束體內(nèi)，有多個(gè)脈沖爆轟管(在本實(shí)施例中的
圖1中為9個(gè))排列安放，每個(gè)脈沖爆轟管的進(jìn)料口和起爆端均在上部，下部的出口端(如
圖1中的2所示)與混壓腔3相連。
圖2為本實(shí)用新型的工作原理示意圖。工作過程中，不同的脈沖爆轟管將按照給定的程序輪流工作。圖2中展示了處于中部的爆轟管5工作時(shí)的狀態(tài)。燃料和助燃?xì)怏w由進(jìn)料口6進(jìn)入爆轟管體內(nèi)。燃燒由起爆火花裝置7點(diǎn)燃，并迅速形成爆轟波8在管中向下傳播。爆轟波傳播至爆轟管的出口2處后，管內(nèi)的高壓爆轟產(chǎn)物進(jìn)入混壓腔3。
脈沖爆轟管口2噴出的高壓氣體產(chǎn)物，進(jìn)入混壓腔3后，將由于膨脹而得到一定程度的降壓，并在混壓腔內(nèi)部形成較均勻的次高壓壓力場。因?yàn)榛靿呵?中的次高壓壓力仍然高于噴射嘴4外面的環(huán)境壓力，在壓差的作用下，腔體內(nèi)氣體通過噴嘴噴出，形成持續(xù)的、較均勻的噴射氣流。其噴射嘴的上端與混壓腔圓滑連接，從噴射嘴的中部至下部呈喇叭口狀，以減少噴射時(shí)的流動(dòng)能量損失。
根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理，通過調(diào)整脈沖爆轟管的個(gè)數(shù)、尺寸和工作頻率，通過改變混壓腔的尺寸和噴射嘴的直徑，可以使混壓腔內(nèi)的平均壓力穩(wěn)定在介于CJ爆轟壓力和噴射器外部環(huán)境壓力之間的給定值。
因?yàn)榛靿呵恢衅骄鶋毫Ω哂谕獠凯h(huán)境壓力，這個(gè)平均壓力會在壓縮波的作用下，傳播至未開始工作其它脈沖爆轟管中。因此，其他爆轟管在開始供料時(shí)，爆轟管內(nèi)燃料和助燃?xì)怏w的初壓也高于環(huán)境壓力。因?yàn)楸Z產(chǎn)物的做功能力隨著爆轟初壓的提高而提高，所以本實(shí)用新型比起一般的脈沖爆轟引擎，節(jié)能效果更為顯著。
本實(shí)用新型具備了能源使用效率高、噴氣較均勻、防噪聲和防振動(dòng)性能得到大幅改善等優(yōu)點(diǎn)，它的推廣使用將會為飛行器推進(jìn)技術(shù)、燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)等領(lǐng)域起到積極的作用。
權(quán)利要求1.一種混壓式脈沖爆轟噴射裝置，主要由脈沖爆轟管束體、混壓腔和噴射嘴等構(gòu)成，脈沖爆轟管束體內(nèi)有脈沖爆轟管，脈沖爆轟管的一端為進(jìn)料口和起爆端，另一端為出口端并與混壓腔相連，其特征在于脈沖爆轟管束體中設(shè)有多個(gè)可以按照排定的程序輪流工作的并行排列的爆轟管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混壓式脈沖爆轟噴射裝置，其特征在于所述管束體內(nèi)每個(gè)爆轟管的進(jìn)料口一端均裝有供燃料和助燃?xì)怏w進(jìn)料的進(jìn)料口及供起爆用的火花塞裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混壓式脈沖爆轟噴射裝置，其特征在于所述每個(gè)爆轟管的出口都與一個(gè)供爆轟產(chǎn)物降壓、并在其內(nèi)部形成較均勻的壓力場的混壓腔相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混壓式脈沖爆轟噴射裝置，其特征在于所述混壓腔的前端與多個(gè)脈沖爆轟管的出口相連通，后端與一個(gè)供氣體噴出裝置外的噴射嘴相連，混壓腔的其余部位與外界封閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混壓式脈沖爆轟噴射裝置，其特征在于其噴射嘴的上端與混壓腔圓滑連接，從噴射嘴的中部至下部呈喇叭口狀。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種利用脈沖爆轟技術(shù)在混壓腔內(nèi)產(chǎn)生高壓高溫氣體，并使氣體以比較均勻的方式從噴射口噴出的混壓式脈沖爆轟噴射裝置。本實(shí)用新型將多個(gè)脈沖爆轟管與一個(gè)共用得混壓腔相聯(lián)，不同的脈沖爆轟管輪流工作時(shí)，脈沖爆轟所產(chǎn)生的高壓產(chǎn)物在混壓腔中預(yù)膨脹，形成較均勻的腔內(nèi)壓力；腔內(nèi)的高壓、高溫氣體通過腔壁上的噴射口噴出。本實(shí)用新型將多個(gè)脈沖爆轟管與一個(gè)共用的混壓腔相聯(lián)，不同的脈沖爆轟管輪流工作時(shí)，脈沖爆轟所產(chǎn)生的高壓產(chǎn)物在混壓腔中預(yù)膨脹，形成較均勻的腔內(nèi)壓力，不僅可以大幅度減少脈沖爆轟噴氣引擎的噪聲和振動(dòng)問題，同時(shí)可以使得爆轟初壓升高，提高能源的使用效率。
文檔編號F02K1/00GK2604529SQ0322412
公開日2004年2月25日 申請日期2003年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月6日
發(fā)明者黃中偉 申請人:黃中偉