CN102174913A - 一种带有引射器的脉冲爆震发动机及主爆震管加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种带有引射器的脉冲爆震发动机及主爆震管加工方法，其特征在于：引射器进口一端为喇叭形扩张段，扩张段壁面为1/4圆弧壁面，圆弧半径R与圆柱段内径D的关系为：2/5≤R/D≤3/5；引射器与主爆震管同轴安装，主爆震管内径d与D的关系为：2/5≤d/D≤3/5，主爆震管伸入引射器的轴向距离为L，L与d的关系为：2≤L/d≤6，主爆震管管壁内部开有螺旋通道。本发明通过设计引射器进口结构、主爆震管与引射器结构关系及主爆震管管壁内的螺旋通道，使得二次点火的燃油能够在管壁内充分加热，有利于减小二次爆震的DDT距离，降低主爆震管的温度，提高主爆震管的热疲劳寿命。

Description

一种带有引射器的脉冲爆震发动机及主爆震管加工方法

技术领域

本发明涉及发动机领域，具体为一种带有引射器的脉冲爆震发动机及主爆震管加工方法。

背景技术

脉冲爆震发动机(PDE)是一种利用脉冲式爆震波产生推力的新概念发动机，由于脉冲爆震发动机尚处在研究的初级阶段，所以有许多方面面临着挑战和难题，尤其是增加发动机推力方面。目前，对一个固定体积的PDE来说，一般可以通过两种方式提高推力性能：一种是提高重复率，一种是提高单位脉冲的冲量。

对于第二种方法，可以通过改变进气道、爆震段、尾喷管等的结构来增加推力，但是从近几年的国内外研究来看，仅通过上述手段对推力没有大幅度的改善。而采用在发动机尾部增加一个引射器，则能明显增加发动机的推力。目前国内外对于引射器结构有很多研究，但大多研究集中在主流为稳态时，而主流为非稳态时的研究比较少，只有零星的报道提出引射器入口形状主要以圆形钝体为主，这种结构气动面积小，不利于引射器卷吸周围空气，从而减小了隐射量，降低了引射器的增推效果。另外，若能在引射器内部再次点火(二次点火)爆震，也将大大提高发动机的推力。

在脉冲爆震发动机工作时，高频爆震波通过爆震管内壁表面，将一部分热量传给管壁，导致发动机管壁温度急剧上升，这部分热量对脉冲爆震发动机的性能没有任何贡献，反而会使发动机管壁过热而对其工作的寿命、稳定性等方面产生危害。同时研究发现当用来供给发动机的燃油温度较高时，能使燃油容易实现闪蒸，从而减小爆燃向爆震的转化(DDT)距离。国内外目前已经研究过利用燃油来冷却发动机管壁，吸收管壁废热来提高燃油温度，然后将燃油供给发动机使用，对不同爆震频率下的管壁使用燃油来冷却，一方面能够降低发动机的管壁温度，提高发动机的热疲劳寿命；另一方面使用已吸收废热的燃油作为发动机燃料，改善燃油的雾化和蒸发，易于形成爆震，同时缩短DDT距离。但是目前大多数的换热器结构换热不均匀，流动性差，存在安全隐患。

发明内容

要解决的技术问题

为了有效提高脉冲爆震发动机推力，本发明提出了一种带有引射器的脉冲爆震发动机及主爆震管加工方法。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种带有引射器的脉冲爆震发动机，包括主爆震管，其特征在于：还包括有引射器，引射器进口一端为喇叭形扩张段，其余为圆柱段，扩张段壁面为1/4圆弧壁面，圆弧半径R与圆柱段内径D的关系为：2/5≤R/D≤3/5；引射器与主爆震管同轴安装，且主爆震管内径d与引射器圆柱段内径D的关系为：2/5≤d/D≤3/5，主爆震管伸入引射器内的一端端面与引射器扩张段外端端面的轴向距离为L，L与主爆震管内径d的关系为：2≤L/d≤6，主爆震管的管壁内部开有螺旋通道，螺旋通道在主爆震管外壁面上开有进口，进口与进油嘴固连，螺旋通道在主爆震管伸入引射器内的一端端面上开有若干出口，出口与燃油喷嘴固连。

本发明的优选方案，其特征在于：圆弧半径R与圆柱段内径D的关系为：R/D＝0.5。

本发明的优选方案，其特征在于：主爆震管内径d与引射器圆柱段内径D的关系为：d/D＝0.5。

所述带有螺旋通道的主爆震管的加工方法，其特征在于：首先加工主爆震管管壁，管壁厚度等于常规爆震管管壁厚度与螺旋通道深度之和；其次在加工好的主爆震管管壁上开出螺旋形凹槽；最后加工出一个内径为主爆震管外径的套管，将带螺旋形凹槽的主爆震管嵌入套管中并两端焊接固定。

有益效果

本发明通过设计引射器进口结构及主爆震管与引射器结构关系，实现了较好的引射效果，同时设计了主爆震管管壁内的螺旋通道，使得二次点火的燃油能够在管壁内充分加热，既有利于减小二次爆震的DDT距离，也能够降低主爆震管的温度，提高主爆震管的热疲劳寿命。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：本发明的平面图；

图3：引射器结构图；

其中：1、引射器；2、燃油喷嘴；3、螺旋通道；4、进油嘴；5、主爆震管。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明。

实施例：

参照附图1和附图2，本实施例包括引射器1，燃油喷嘴2，螺旋通道3，进油嘴4和主爆震管5。

参照附图3，引射器1进口一端为喇叭形扩张段，其余为圆柱段，扩张段壁面为1/4圆弧壁面，圆弧半径R与圆柱段内径D的关系为R/D＝0.5。参照附图2，引射器1与主爆震管5同轴安装；对引射器1圆柱段内径D的要求，一要能提供引射二次流足够的面积，二要保证引射器1内部与外界的压差，所以本实施例中取主爆震管5内径d与引射器1圆柱段内径D的关系为d/D＝0.5；主爆震管5伸入到引射器1内部的深度也会对引射效果和二次点火的效果产生影响，取主爆震管5伸入引射器1内的一端端面与引射器1扩张段外端端面的轴向距离为L，本实施例中，L与主爆震管内径d的关系为L/d＝4。

参照附图2，为了充分利用主爆震管5工作时产生的热量加热二次点火的燃油，减少二次爆震的DDT距离，在主爆震管5管壁内部开有螺旋通道3，螺旋通道3在主爆震管5外壁面上开有进口，进口与进油嘴4固连，螺旋通道3在主爆震管5伸入引射器1内的一端端面上开有三个出口，每个出口均与与一个燃油喷嘴2固连。燃油从进油嘴4进入螺旋通道3，在其中充分加热后从燃油喷嘴2喷出，直接喷入引射器1内部，利用主爆震管5的尾部火焰二次点火。

带有螺旋通道的主爆震管的加工方法为：首先加工主爆震管管壁，管壁厚度等于常规爆震管管壁厚度与螺旋通道深度之和；其次在加工好的主爆震管管壁上开出螺旋形凹槽；最后加工出一个内径为主爆震管外径的套管，将带螺旋形凹槽的主爆震管嵌入套管中并两端焊接固定，并在套管上对应螺旋通道进口的位置开孔作为燃油进口，在管壁端面上还开有联通螺旋通道的燃油出口。

本实施例工作时，进油嘴4与外油管连接，油压为0.6MP-0.7MP。正常启动主脉冲爆震发动机，发动机工作稳定后，主爆震管尾部有爆震火焰喷出，同时引射有空气进入引射器内，此时引射器内处于贫油状态；然后向螺旋通道中通入汽油，通入量配合引射器具体容纳气体量，保证引射器内能够维持当量比为1；此时主爆震管尾部燃油喷嘴有汽油喷出，由于汽油经过螺旋通道加温，所以在短时间内能够成为气态，并与引射进的气流混合，相当于爆震发动机的燃料填充过程；最终这些混合物，在主爆震管喷出的火焰处被点燃，从而形成二次爆震。由于引射器管径比较大，所以直接使用点火器点火很难成功，而使用主爆震管尾部火焰点火能够有效的解决这一问题。一般而言，主爆震管管径越大，横截面接就越大，由此就能产生更大的推力，二次爆震就相当于在引射器内又产生一次爆震，所以能产生更大的推力，如此在一定的时间内，能够有效的提高发动机整体的推力值。

Claims (4)

1.一种带有引射器的脉冲爆震发动机，包括主爆震管，其特征在于：还包括有引射器，引射器进口一端为喇叭形扩张段，其余为圆柱段，扩张段壁面为1/4圆弧壁面，圆弧半径R与圆柱段内径D的关系为：2/5≤R/D≤3/5；引射器与主爆震管同轴安装，且主爆震管内径d与引射器圆柱段内径D的关系为：2/5≤d/D≤3/5，主爆震管伸入引射器内的一端端面与引射器扩张段外端端面的轴向距离为L，L与主爆震管内径d的关系为：2≤L/d≤6；主爆震管的管壁内部开有螺旋通道，螺旋通道在主爆震管外壁面上开有进口，进口与进油嘴固连，螺旋通道在主爆震管伸入引射器内的一端端面上开有若干出口，出口与燃油喷嘴固连。

2.根据权利要求1所述的一种带有引射器的脉冲爆震发动机，其特征在于：圆弧半径R与圆柱段内径D的关系为：R/D＝0.5。

3.根据权利要求1所述的一种带有引射器的脉冲爆震发动机，其特征在于：主爆震管内径d与引射器圆柱段内径D的关系为：d/D＝0.5。

4.一种权利要求1中带有螺旋通道的主爆震管加工方法，其特征在于：首先加工主爆震管管壁，管壁厚度等于常规爆震管管壁厚度与螺旋通道深度之和；其次在加工好的主爆震管管壁上开出螺旋形凹槽；最后加工出一个内径为主爆震管外径的套管，将带螺旋形凹槽的主爆震管嵌入套管中并两端焊接固定。

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