CN113203103B - 一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部,包括头部本体、外机匣、预燃室和点火电嘴安装座，所述外机匣内设置有头部本体，所述外机匣后端通过焊接的方式与所述头部本体固定连接，其与头部本体一起构成二股通道；所述预燃室固定安装在所述头部本体上，所述预燃室两侧壁分别开设有若干个射流孔，所述射流孔径向错开。通过提升点火性能，提高爆震室的工作频率，拓宽爆震室的工作范围。爆震室的点火与火焰稳定均在预燃室完成，避开了主流的高速气流，不易吹熄，有效提升爆震室工作性能；提高点火能量，缩短爆震室的轴向长度。以预燃室发出的强大热量来点燃整个爆震室可以直接诱发爆震，缩短DDT距离，进而缩短爆震室的轴向长度。

Description

一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部。
背景技术
脉冲爆震发动机(PDE)是利用周期性的爆震波产生的高温高压燃气来产生推力的新概念发动机，这种发动机具有循环热效率高、自增压以及结构简单等优点而受到了国内外研究人员的广泛关注。爆震起爆技术一直是脉冲爆震发动机研究的焦点和难点。脉冲爆震发动机的起爆通常有两种方法；直接起爆和间接起爆。直接起爆是通过高能量直接触发爆震，所需的点火装置比较庞大，在实际工作时不切实际。
现阶段通常采用间接起爆，具体途径是弱火花或预爆管点火。弱火花点火是指先用传统的火花塞点火形成了一个火焰核心，然后通过火焰加速的方法实现缓燃到爆震的转变(DDT)。预爆管点火是指在爆震管上方设立一个预爆管，在预爆管内填充容易起爆的反应物，在预爆管形成爆震后，喷射出热气流起爆主爆震室。
现阶段脉冲爆震燃烧室起爆方式通常为弱火花点火或者预爆管点火。弱火花点火形式虽然简单，但是由于点火能量小，需要一段较长的DDT过程。同时在高爆震频率工作时稳定性会变差，无法形成充分发展的爆震波，原因有二：1)随着爆震频率提高，来流速度对应提高，掺混后的可爆混合物很难进入点火涡孔，点火涡孔内的可爆混合物浓度较低，难以可靠点火；2)即便点火涡孔内点火成功后，因为主爆震室内混合物流速过高导致生成的弱火焰难以顺利传播和加速，容易发生猝熄。预爆管点火需要额外携带高敏感的燃料和氧化剂，同时需要预爆管与主爆管进行匹配，增加了控制***难度。
发明内容
针对现有的脉冲爆震燃烧室点火起爆技术存在的不足，本发明提供了一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部，该类型头部能有效提升点火性能，增加进入爆震段的点火能量，进而缩短爆震室的轴向长度，提高爆震频率，有效的改善了脉冲爆震燃烧室的工作性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部,包括头部本体、外机匣、预燃室和点火电嘴安装座，所述外机匣内设置有头部本体，所述外机匣后端通过焊接的方式与所述头部本体固定连接，其与头部本体一起构成二股通道；所述预燃室固定安装在所述头部本体上，所述预燃室两侧壁分别开设有若干个射流孔，所述射流孔径向错开，用于使进入的高压空气在所述预燃室内形成回流区，所述预燃室前壁面固定安装有第一燃油喷嘴，所述预燃室顶部固定安装有点火电嘴。
进一步地：所述预燃室侧壁开设的两排在径向上错开的射流孔，每***流孔七个，七个射流孔沿周向等距分布。
进一步地：所述预燃室壁面开设有第一安装孔，所述第一安装孔上套设有用来固定安装第一燃油喷嘴的第一安装座。
进一步地：所述预燃室顶部开设有第二安装孔，所述第二安装孔上套设有用来固定安装点火电嘴的第二安装座。
进一步地：所述第一燃油喷嘴相对于所述头部本体的距离大于两***流孔相对于所述头部本体的距离。
进一步地：所述头部本体上靠近高压空气进气端的侧壁设置有第二燃油喷嘴。
进一步地：所述头部本体对应所述第二燃油喷嘴的位置开设有第三安装孔，所述第三安装孔上套设有用来固定安装第二燃油喷嘴的第三安装座。
进一步地：所述第一燃油喷嘴、所述点火电嘴和第二燃油喷嘴三个部件的中心在同一平面上。
进一步地：所述预燃室呈长方体结构。
进一步地：所述头部本体一端伸出所述外机匣，并焊接固定有法兰安装边，所述法兰安装边背离所述头部本体的一侧设置有爆震加强段，且爆震加强段通过螺栓与所述法兰安装边固定连接。
进一步地：所述爆震加强段内壁紧密焊接固定有弹簧状的爆震加强装置。
本发明的有益效果：
1、通过提升点火性能，提高爆震室的工作频率，拓宽爆震室的工作范围。在头部本体设置预燃室，燃料与空气以特定的方式流入预燃室，通过上下两排错开的射流孔形成回流区。爆震室的点火与火焰稳定均在预燃室完成，避开了主流的高速气流，不易吹熄，点火性能优越，有效提升爆震室工作性能，预燃室的火焰经过充分发展后，形成高温的热射流进入主流区，点燃主流区中可燃混合气形成能量更大的热射流，相比于传统的火花塞点火形成了一个火焰核心，然后通过火焰加速实现缓燃到爆震的转变的方法，本发明因为预燃室的设置大大缩短爆震形成时间，提高脉冲爆震波频率，使采用本脉冲爆震燃烧室头部的发动机单位时间做功更多；
2、提高点火能量，缩短爆震室的轴向长度。以预燃室发出的强大热量来点燃整个爆震室可以直接诱发爆震，缩短DDT距离，进而缩短爆震室的轴向长度。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部示意图；
图2为本发明整体结构示意图；
图3为本发明安装座结构示意图。
图中：1、头部本体；2、外机匣；3、预燃室；4、第二安装座；5、第一安装座；6、第三安装座；7、点火电嘴；8、第一燃油喷嘴；9、第二燃油喷嘴；
10、螺栓；11、爆震加强段；12、爆震加强装置；101、法兰安装边。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1～3所示，本发明的优选实施例提供了一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部，包括头部本体1、外机匣2、预燃室3和点火电嘴7安装座，外机匣2内设置有头部本体1，外机匣2后端通过焊接的方式与头部本体1固定连接，其与头部本体1一起构成二股通道；预燃室3固定安装在头部本体1上，预燃室3两侧壁分别开设有若干个射流孔，射流孔径向错开，用于使进入的高压空气在预燃室3内形成回流区，预燃室3前壁面固定安装有第一燃油喷嘴8，预燃室3顶部固定安装有点火电嘴7；预燃室3侧壁开设的两排在径向上错开的射流孔，每***流孔七个，七个射流孔沿周向等距分布；预燃室3前壁面开设有第一安装孔，第一安装孔上套设有用来固定安装第一燃油喷嘴8的第一安装座5；预燃室3顶部开设有第二安装孔，第二安装孔上套设有用来固定安装点火电嘴7的第二安装座4；第一燃油喷嘴8相对于头部本体1的距离大于两***流孔相对于头部本体1的距离；头部本体1上靠近高压空气进气端的侧壁设置有第二燃油喷嘴9；头部本体1对应第二燃油喷嘴9的位置开设有第三安装孔，第三安装孔上套设有用来固定安装第二燃油喷嘴9的第三安装座6；预燃室3呈长方体结构；头部本体1一端伸出外机匣2，并焊接固定有法兰安装边101，法兰安装边101背离头部本体1的一侧设置有爆震加强段11，且爆震加强段11通过螺栓10与法兰安装边101固定连接；爆震加强段11内壁紧密焊接固定有弹簧状的爆震加强装置12。
本实施例优选地，预燃室3、外机匣2、第三安装座6通过焊接的方式固定在头部本体1上，第一安装座5、第二安装座4通过焊接的方式固定在预燃室3。头部本体1为后端带法兰，设有第三安装座6的金属圆筒，内径为60mm，壁厚为3mm，长度为170mm。外机匣2为前段带法兰，进气段内径为40mm，壁厚为2mm，扩张角度为45°。预燃室3为长方体结构，轴向长度30mm，径向高度43mm，轴向宽度40mm。沿径向分布上下两排错开的射流孔，每排各7个，径向高度分别为53.5mm、45mm，孔径为3mm。
通过螺栓10连接点火装置与爆震增强装置，如图2所示。在脉冲爆震一个周期内，首先高压空气进入爆震室头部，一部分气体进入头部本体1，与第二燃油喷嘴9喷射的燃油混合，形成可燃混合气，继续流入主燃区；另一部分气体，进入头部本体1与外机匣2形成的二股通道中，通过预燃室3的射流孔进入预燃室3，在上下两***流的作用下形成回流区。安装在预燃室3前壁面的第一燃油喷嘴8喷入燃油，形成可燃混合气，顶部的点火电嘴7点火。预燃室3的火焰经过充分发展后，形成高温的热射流进入主流区，点燃主流区中可燃混合气形成能量更大的热射流，热射流在爆震加强段11经过爆震加强装置12的作用逐渐加强，最终形成稳定的高频率爆震。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部,包括头部本体、外机匣、预燃室和点火电嘴安装座，其特征在于，所述外机匣内设置有头部本体，所述外机匣后端通过焊接的方式与所述头部本体固定连接，其与头部本体一起构成二股通道；所述预燃室固定安装在所述头部本体上，所述预燃室两侧壁分别开设有若干个射流孔，所述射流孔径向错开，用于使进入的高压空气在所述预燃室内形成回流区，所述预燃室前壁面固定安装有第一燃油喷嘴，所述预燃室顶部固定安装有点火电嘴。
2.根据权利要求1所述一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部，其特征在于，所述预燃室侧壁开设的两排在径向上错开的射流孔，每***流孔七个，七个射流孔沿周向等距分布。
3.根据权利要求1所述一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部，其特征在于，所述预燃室壁面开设有第一安装孔，所述第一安装孔上套设有用来固定安装第一燃油喷嘴的第一安装座。
4.根据权利要求1所述一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部，其特征在于，所述预燃室顶部开设有第二安装孔，所述第二安装孔上套设有用来固定安装点火电嘴的第二安装座。
5.根据权利要求1所述一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部，其特征在于，所述第一燃油喷嘴相对于所述头部本体的距离大于两***流孔相对于所述头部本体的距离。
6.根据权利要求1所述一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部，其特征在于，所述头部本体上靠近高压空气进气端的侧壁设置有第二燃油喷嘴。
7.根据权利要求6所述一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部，其特征在于，所述头部本体对应所述第二燃油喷嘴的位置开设有第三安装孔，所述第三安装孔上套设有用来固定安装第二燃油喷嘴的第三安装座。
8.根据权利要求1所述一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部，其特征在于，所述第一燃油喷嘴、所述点火电嘴和第二燃油喷嘴三个部件的中心在同一平面上。
9.根据权利要求1所述一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部，其特征在于，所述预燃室呈长方体结构。
10.根据权利要求1所述一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部，其特征在于，所述头部本体一端伸出所述外机匣，并焊接固定有法兰安装边，所述法兰安装边背离所述头部本体的一侧设置有爆震加强段，且爆震加强段通过螺栓与所述法兰安装边固定连接。
11.根据权利要求10所述一种带预燃室结构的脉冲爆震燃烧室头部，其特征在于，所述爆震加强段内壁紧密焊接固定有弹簧状的爆震加强装置。
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