專利名稱：一種二次爆震的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)是一種利用脈沖爆震波產(chǎn)生推力的新概念發(fā)動(dòng)機(jī)。它具有熱循環(huán) 效率高，結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、推重比大、單位燃料消耗率低等優(yōu)點(diǎn)。脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)氧化 劑供給方式的不同，分為自吸氣式和火箭式兩種結(jié)構(gòu)形式。它們的基本原理是相同的，區(qū) 別在于吸氣式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)從空氣中獲得氧化劑，而火箭式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)需自帶氧化 劑。吸氣式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)與火箭式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)相比有很多優(yōu)點(diǎn)不用自帶氧化劑，可 以從大氣中獲得氧氣，這可以使其應(yīng)用于航空領(lǐng)域，具有更寬的應(yīng)用范圍；可以減輕發(fā)動(dòng)機(jī) 的總重量，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)總推重比的提高。盡管吸氣式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其氧 化劑要從大氣中獲得，實(shí)際應(yīng)用中，由于工作環(huán)境特別復(fù)雜，氧化劑很難控制。2004年，法國裝備部支持了一項(xiàng)無閥吸氣式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的研究，預(yù)爆管內(nèi)充 滿氫氣和氧氣，采用汽車火花塞點(diǎn)火。但是，需要在預(yù)爆管與主爆震室之間連接一個(gè)過渡 段，并且預(yù)爆管內(nèi)填充的氫氣/氧氣混合物也必須完全填充滿過渡段，才可能實(shí)現(xiàn)主爆震 室的二次爆震。脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)后面安裝的引射器不僅可以用來引射空氣，也是一種增加推力的 裝置。帶有引射器的脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過二次爆震來達(dá)到自吸氣目的。此時(shí)，預(yù) 爆管為PDRE，主爆震室為引射器，爆震波從PDRE出口傳出進(jìn)入引射器時(shí)將周圍空氣也吸入 引射器，同時(shí)在引射器的內(nèi)部噴注燃油，爆震波將燃油/空氣混合物點(diǎn)燃起爆，使得可以在 引射器內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行爆震燃燒，從而產(chǎn)生比預(yù)爆管大得多的推力。但是，在引射器里燃燒，并 且實(shí)現(xiàn)爆燃到爆震的成功轉(zhuǎn)變?nèi)允且粋€(gè)難題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)不能完成脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)主爆震室(引射器)里爆震的轉(zhuǎn)變的 不足，本發(fā)明提供了一種二次爆震的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)了主爆震室的頭部，并在后端安 裝了收斂噴管，以實(shí)現(xiàn)主爆震室內(nèi)爆震的成功轉(zhuǎn)變，使其不需要依靠飛行速度，僅依靠預(yù)爆 管排出的高溫高壓產(chǎn)物，就可以引射出大量的空氣，既可以減小脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的總重量， 也可以增加脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，大大提高了脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括預(yù)爆管和主爆震室。其中，預(yù)爆 管包括頭部、爆震形成段和爆震傳播段，預(yù)爆管頭部是一端封閉，一端開口的等截面圓管， 封閉端內(nèi)安裝有噴油嘴；爆震形成段是兩端開口的等截面圓管，兩端分別與預(yù)爆管頭部的 敞口端和爆震傳播段的一端連接；爆震傳播段是兩端開口的等截面圓管。預(yù)爆管頭部封閉 端外壁上設(shè)有氧化劑和隔離氣體入口?；鸹ㄈ惭b在預(yù)爆管頭部的管壁上，其安裝位置中 心與預(yù)爆管頭部封閉端的距離是預(yù)爆管內(nèi)徑的1. 5 2倍。爆震形成段內(nèi)設(shè)有Shchelkin 螺紋增強(qiáng)裝置，用于實(shí)現(xiàn)爆燃向爆震的轉(zhuǎn)變，Shchelkin螺紋的螺距為預(yù)爆管內(nèi)徑的0. 8 1. 5倍，螺旋直徑為預(yù)爆管內(nèi)徑的0. 1 0. 2倍，螺旋升角為30 50度。所述的預(yù)爆管頭 部、爆震形成段和爆震傳播段內(nèi)徑相同且同軸連接。主爆震室由頭部、主爆震形成室和一個(gè)圓錐形收斂噴管組成。主爆震室頭部是一 個(gè)兩端敞口的環(huán)形結(jié)構(gòu)的引射器，引射器內(nèi)側(cè)固連一個(gè)收斂噴管，收斂噴管的收斂段中心 處開有一個(gè)孔徑與預(yù)爆管內(nèi)徑相同的圓孔，用于連接預(yù)爆管并使其穿過；主爆震形成室前 端是一個(gè)圓形唇口段，后端是一個(gè)直圓管段，直圓管段長度是圓形唇口段長度的2. 5 5 倍。圓形唇口段內(nèi)側(cè)安裝有若干個(gè)噴嘴安裝座，安裝座上設(shè)有噴嘴，用于向主爆震室內(nèi)噴注 燃油，供油系統(tǒng)通過輸油管與噴嘴連接。直圓管段內(nèi)設(shè)有Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置，用于縮 短爆燃向爆震轉(zhuǎn)變的時(shí)間。環(huán)形引射器的外側(cè)與主爆震形成室前端的圓形唇口段的敞口端 固連，環(huán)形引射器內(nèi)側(cè)固連的收斂噴管與預(yù)爆管固連，圓形唇口段的收口端與直圓管段固 連，直圓管段與收斂噴管固連。主爆震室頭部、主爆震形成室和收斂噴管同軸連接。預(yù)爆管 的末端出口位于主爆震室噴嘴的下游，預(yù)爆管和主爆震室同軸連接。主爆震室還可以采用擴(kuò)張型引射器進(jìn)口結(jié)構(gòu)作為主爆震室頭部，采用等截面圓管 作為主爆震形成室，所述擴(kuò)張型引射器采用擴(kuò)張型噴管結(jié)構(gòu)，引射器后端與主爆震形成室 前端固接，引射器前端中心處開有一個(gè)圓孔，孔徑與預(yù)爆管內(nèi)徑相同，圓孔與預(yù)爆管連接。 擴(kuò)張型引射器上開有若干個(gè)小孔，用來引射空氣。所述的預(yù)爆管的頭部與爆震形成段通過法蘭連接在一起，爆震形成段與傳播段焊 接在一起。所述的環(huán)形引射器的外側(cè)與主爆震形成室前端的圓形唇口段焊接在一起，環(huán)形引 射器內(nèi)側(cè)固連的收斂噴管與預(yù)爆管通過螺紋連接在一起，圓形唇口段與直圓管段通過法蘭 連接在一起，直圓管段與收斂噴管也通過法蘭連接在一起。本發(fā)明的有益效果是利用預(yù)爆管排出的高溫高壓產(chǎn)物，可以有效地將外界新鮮 空氣引射到主爆震室內(nèi)；主爆震室的頭部結(jié)構(gòu)和后端的收斂噴管可以提高主爆震形成室內(nèi) 的壓力，有利于爆震的成功轉(zhuǎn)變，進(jìn)而產(chǎn)生更大的推力，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1.本發(fā)明中二次爆震的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)2.本發(fā)明中二次爆震發(fā)動(dòng)機(jī)上游預(yù)爆管的結(jié)構(gòu)3.本發(fā)明中主爆震室頭部采用環(huán)形引射器結(jié)構(gòu)的示意4.本發(fā)明中主爆震室頭部采用孔狀進(jìn)口結(jié)構(gòu)的示意5.本發(fā)明中孔狀結(jié)構(gòu)前端的放大6.本發(fā)明中主爆震室頭部采用開有若干孔的擴(kuò)張型引射器結(jié)構(gòu)的示意中1預(yù)爆管燃料入口，2預(yù)爆管氧化劑入口，3預(yù)爆管隔離氣體入口，4噴油嘴，5 火花塞，6連接法蘭，7預(yù)爆管頭部，8爆震形成段，9爆震增強(qiáng)裝置，10爆震傳播段，11主爆 震室引射空氣入口，12主爆震室燃料入口，13主爆震室頭部，14主爆震形成室，14-1主爆震 形成室圓形唇口段，14-2主爆震形成室直圓管段，15收斂噴管。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖1所示，所述的是一種二次爆震的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，包括有預(yù)爆管頭部7、預(yù) 爆管爆震形成段8、預(yù)爆管爆震傳播段10、主爆震室頭部13、主爆震形成室14和圓錐形收斂 噴管15。其特點(diǎn)在于，所述的預(yù)爆管頭部7封閉端管壁上設(shè)有氧化劑入口 2和隔離氣體入 口 3，填充隔離氣體是為了防止發(fā)生過早點(diǎn)火，氧化劑和隔離氣體通過氧化劑入口 2和隔離 氣體入口 3進(jìn)入預(yù)爆管頭部7，火花塞5安裝在預(yù)爆管頭部7的管壁上，預(yù)爆管頭部7前端 中心處設(shè)有噴油嘴4，爆震形成段8內(nèi)壁上設(shè)有用于增強(qiáng)爆燃向爆震轉(zhuǎn)變的裝置9。如圖2所示，預(yù)爆管頭部7通過法蘭6與爆震形成段8前端相連，爆震形成段8后 端與爆震傳播段10焊接在一起，預(yù)爆管頭部7、爆震形成段8和爆震傳播段10同軸固定安 裝。所述的火花塞5安裝位置中心與預(yù)爆管頭部7前端邊沿的距離是預(yù)爆管內(nèi)徑的1. 5 2倍。所述的用于增強(qiáng)爆震的裝置9為Shchelkin螺紋，其螺距為預(yù)爆管內(nèi)徑的1 1. 5 倍，螺旋直徑為預(yù)爆管內(nèi)徑的0. 1 0. 2倍，螺旋升角為30 50度。如圖3所示，所述的主爆震室頭部13是一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)的引射器，引射器內(nèi)側(cè)固連 一個(gè)收斂噴管，主爆震形成室14前端是一個(gè)圓形唇口段14-1，后端是一個(gè)直圓管段14-2。 圓形唇口段14-1內(nèi)側(cè)安裝有四個(gè)噴嘴安裝座，噴嘴安裝座上設(shè)有噴嘴，用于向主爆震形成 室14內(nèi)噴注燃油，噴嘴安裝座穿過主爆震室壁面，外部由輸油圈管路連接在一起，直圓管 段14-2設(shè)有用于爆燃向爆震轉(zhuǎn)變的Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置9。環(huán)形引射器的外側(cè)13與 主爆震形成室前端的圓形唇口段14-1焊接在一起，環(huán)形引射器內(nèi)側(cè)13的收斂噴管與預(yù)爆 管10通過螺紋連接在一起，圓形唇口段14-1與直圓管段14-2通過法蘭連接在一起，直圓 管段14-2與收斂噴管15也通過法蘭連接在一起。主爆震室頭部13、主爆震形成室14和收 斂噴管15同軸連接。預(yù)爆管的末端出口位于主爆震室噴嘴安裝座的下游，預(yù)爆管和主爆震 室同軸連接。所述的一種二次爆震的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作時(shí)，燃油經(jīng)燃料進(jìn)口 1，通過噴油 嘴4噴入預(yù)爆管頭部7，與此同時(shí)氧化劑經(jīng)氧化劑入口 2進(jìn)入預(yù)爆管頭部7，燃料和氧化劑 摻混之后，火花塞5開始點(diǎn)火。燃料混合物先進(jìn)行緩燃燃燒，然后在爆震形成段8中發(fā)生爆 燃向爆震轉(zhuǎn)變過程，最終形成爆震波。爆震波經(jīng)由預(yù)爆管傳播段10傳出。預(yù)爆管中高溫高壓產(chǎn)物排出末端出口時(shí)，利用環(huán)形引射器13，會(huì)將周圍大量的新 鮮空氣吸入到主爆震室頭部13，空氣通過引射空氣入口 11進(jìn)入到主爆震室頭部13。燃油 通過主爆震室的四個(gè)燃料入口 12進(jìn)入到主爆震形成室圓形唇口段14-1，與引射進(jìn)來的空 氣一邊摻混，一邊進(jìn)入到主爆震形成室直圓管段14-2。通過預(yù)爆管排出的高溫高壓氣體將 混合物點(diǎn)燃，經(jīng)過爆震增強(qiáng)裝置9，在主爆震形成室直圓管段14-2內(nèi)再次形成爆震，從而產(chǎn) 生很大的推力，大大的提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。實(shí)施例2如圖4所示，與實(shí)施例1不同的是，主爆震室頭部的環(huán)形引射器進(jìn)口結(jié)構(gòu)換成了孔 狀進(jìn)口結(jié)構(gòu)。該孔狀進(jìn)口結(jié)構(gòu)是一個(gè)薄壁圓板，與主爆震形成室前端焊接在一起，用以提高 主爆震形成室內(nèi)的壓力，薄壁圓板上開有若干個(gè)小孔，用于引射空氣。這樣做考慮到了主爆 震形成室內(nèi)爆震的成功轉(zhuǎn)變，同時(shí)也考慮到主爆震室加工的難度問題。但是，由于主爆震室 頭部入口處可能會(huì)有回火現(xiàn)象，影響引射的空氣量，所以實(shí)例2的性能可能不如實(shí)例1的。
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實(shí)施例3如圖6所示，與實(shí)施例1不同的是，主爆震室頭部的環(huán)形引射器進(jìn)口結(jié)構(gòu)換成了擴(kuò) 張型引射器進(jìn)口結(jié)構(gòu)。該擴(kuò)張型引射器是一種類似于擴(kuò)張型噴管結(jié)構(gòu)的裝置，引射器后端 與主爆震形成室焊接在一起，焊接處完全密封，用于提高主爆震形成室內(nèi)的壓力，有利于實(shí) 現(xiàn)爆燃到爆震的成功轉(zhuǎn)變。引射器前端中心處開有一個(gè)圓孔，以便預(yù)爆管穿過引射器，孔徑 與預(yù)爆管內(nèi)徑相同。擴(kuò)張型引射器上開有若干個(gè)孔，用來引射空氣。主爆震形成室僅由一 個(gè)直圓管段組成，將噴嘴安裝座安裝在直圓管段的前端。預(yù)爆管的末端出口位于主爆震室 內(nèi)噴嘴的下游，以便主爆震室內(nèi)空氣和燃料的充分混合。預(yù)爆管、擴(kuò)張型引射器和主爆震室 同軸連接。實(shí)施例1中主爆震室頭部采用環(huán)形引射器結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2中主爆震室頭部采用孔狀進(jìn)口結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例3中主爆震室頭部采用擴(kuò)張型引射器結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種二次爆震的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，包括預(yù)爆管和主爆震室，其特征在于預(yù)爆管包 括頭部、爆震形成段和爆震傳播段，預(yù)爆管頭部是一端封閉，一端開口的等截面圓管，封閉 端內(nèi)安裝有噴油嘴；爆震形成段是兩端開口的等截面圓管，兩端分別與預(yù)爆管頭部的敞口 端和爆震傳播段的一端連接；爆震傳播段是兩端開口的等截面圓管；預(yù)爆管頭部封閉端外 壁上設(shè)有氧化劑和隔離氣體入口，火花塞安裝在預(yù)爆管頭部的管壁上，其安裝位置中心與 預(yù)爆管頭部封閉端的距離是預(yù)爆管內(nèi)徑的1. 5 2倍；爆震形成段內(nèi)設(shè)有Shchelkin螺紋 增強(qiáng)裝置，用于實(shí)現(xiàn)爆燃向爆震的轉(zhuǎn)變，Shchelkin螺紋的螺距為預(yù)爆管內(nèi)徑的0. 8 1. 5 倍，螺旋直徑為預(yù)爆管內(nèi)徑的0. 1 0. 2倍，螺旋升角為30 50度；所述的預(yù)爆管頭部、 爆震形成段和爆震傳播段內(nèi)徑相同且同軸連接；主爆震室由頭部、主爆震形成室和一個(gè)圓 錐形收斂噴管組成，主爆震室頭部是一個(gè)兩端敞口的環(huán)形結(jié)構(gòu)的引射器，引射器內(nèi)側(cè)固連 一個(gè)收斂噴管，收斂噴管的收斂段中心處開有一個(gè)孔徑與預(yù)爆管內(nèi)徑相同的圓孔，用于連 接預(yù)爆管并使其穿過；主爆震形成室前端是一個(gè)圓形唇口段，后端是一個(gè)直圓管段，直圓管 段長度是圓形唇口段長度的2. 5 5倍，圓形唇口段內(nèi)側(cè)安裝有若干個(gè)噴嘴安裝座，安裝座 上設(shè)有噴嘴，供油系統(tǒng)通過輸油管與噴嘴連接，直圓管段內(nèi)設(shè)有Shchelkin螺紋增強(qiáng)裝置， 環(huán)形引射器的外側(cè)與主爆震形成室前端的圓形唇口段的敞口端固連，環(huán)形引射器的內(nèi)側(cè)與 預(yù)爆管連接，圓形唇口段的收口端與直圓管段固連，直圓管段與收斂噴管固連；主爆震室頭 部、主爆震形成室和收斂噴管同軸連接，預(yù)爆管的末端出口位于主爆震室噴嘴的下游，預(yù)爆 管和主爆震室同軸連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次爆震的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的主爆震室 頭部采用擴(kuò)張型引射器進(jìn)口結(jié)構(gòu)，主爆震形成室采用等截面圓管，所述擴(kuò)張型引射器采用 擴(kuò)張型噴管結(jié)構(gòu)，引射器后端與主爆震形成室前端固接，引射器前端中心處開有一個(gè)圓孔， 孔徑與預(yù)爆管內(nèi)徑相同，圓孔與預(yù)爆管連接，擴(kuò)張型引射器上開有若干個(gè)小孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次爆震的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的預(yù)爆管的 頭部與爆震形成段通過法蘭連接在一起，爆震形成段與傳播段焊接在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次爆震的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的環(huán)形引射 器的外側(cè)與主爆震形成室前端的圓形唇口段焊接在一起，環(huán)形引射器的內(nèi)側(cè)與預(yù)爆管通過 螺紋連接在一起，圓形唇口段與直圓管段通過法蘭連接在一起，直圓管段與收斂噴管也通 過法蘭連接在一起。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二次爆震的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，預(yù)爆管頭部設(shè)有氧化劑和隔離氣體入口，火花塞安裝在預(yù)爆管頭部的管壁上，預(yù)爆管內(nèi)設(shè)有螺紋增強(qiáng)裝置；主爆震室頭部是一個(gè)兩端敞口的環(huán)形結(jié)構(gòu)的引射器，引射器內(nèi)側(cè)固連一個(gè)收斂噴管，收斂噴管的收斂段中心處開有圓孔連接預(yù)爆管，主爆震形成室前端是一個(gè)圓形唇口段，后端是一個(gè)直圓管段，圓形唇口段內(nèi)側(cè)設(shè)有噴嘴，直圓管段內(nèi)設(shè)有螺紋增強(qiáng)裝置，環(huán)形引射器的外側(cè)與主爆震形成室前端的圓形唇口段的敞口端固連，環(huán)形引射器的內(nèi)側(cè)與預(yù)爆管連接，圓形唇口段的收口端與直圓管段固連，直圓管段與收斂噴管固連。本發(fā)明有利于爆震的成功轉(zhuǎn)變，進(jìn)而產(chǎn)生更大的推力，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
文檔編號F02K9/62GK102003303SQ20101054521
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者嚴(yán)宇, 王瑋, 王育虔, 穆楊, 范瑋 申請人:西北工業(yè)大學(xué)