本发明专利技术公开了一种基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置，包括前管、爆震管、旋转阀、旋转阀外壳、导流块、预爆管、气动阀及喷油环；导流块安装在前管内，旋转阀和气动阀分别与导流块连接，预爆管一端位于气动阀内，喷油环安装在气动阀上；旋转阀外壳安装在旋转阀外部，旋转阀和爆震管之间形成环形通道。本发明专利技术的脉冲爆震燃烧室装置结合了旋转阀与气动阀的性能优势，通过旋转阀控制部分气流交替进入爆震管通道与环形通道，防倒流性能较好；采用旋流片作为气动阀，另一部分气流通过气动阀通道进入爆震管，提高爆震管内进气稳定性。解决了现有脉冲爆震发动机进气稳定性与防倒流性能之间的矛盾以及点火起爆的难题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机非定常增压燃烧
，具体是一种基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置。
技术介绍
燃烧波分为爆燃波和爆震波两种形式，前者通过传热传质的方式使得未燃混气发生反应，其传播速度取决于质量扩散率与反应速率；爆震燃烧依靠激波的压缩使得未燃混气温度升高并自燃，爆震波以每秒数千米的速度传播至未燃混气。目前应用于航空航天的传统推进系统通常采用了等压燃烧模式，发动机效率很难进一步大幅提高，而爆震燃烧循环效率比等压燃烧高50%，能量释放率更快，有潜力作为下一代航空航天的高性能推进装置。与现有的涡扇发动机技术相比，脉冲爆震发动机没有压气机、涡轮等复杂转子部件，结构较为简单，可以作为独立的推进装置应用于飞行器及巡航导弹，也能与现有发动机组合作为加力动力源，广受国内外研究学者关注。由于脉冲爆震发动机自身的工作特点，燃烧室的进口端需要周期性的打开和关闭。阀门种类主要分为气动阀式与机械阀式两大类。气动阀工作原理是利用了气流的气动特性，使得气流从正向与反向通过阀门时的流阻差异较大，实现单向阀的作用。在进气过程中，气流在爆震管内的流动处于准稳态。然而气动阀并不是完善的单向阀，在工作过程中并不能有效防止高压高温燃气倒流至发动机进口。与气动阀相比，机械阀具有良好的气密性及单向阀性能，在机械阀关闭时爆震管内的高温燃气不会倒流至进气道，影响发动机的工作过程。在各种机械阀选择中，又以旋转阀的应用较为广泛。如公开号为US6505462B2的美国专利“Rotary Valve For Pulse Detonation Engines”，提出了一种旋转阀式脉冲爆震发动机装置，该装置包括了进排气端口、脉冲爆震管、旋转阀以及传送室等结构。其中旋转阀安装在爆震管前端，有四个内部的流动通道，旋转阀转动过程中与爆震管进气孔配合，在爆震管前端周期性地形成流动通道。公开号为CN 101818704 A的中国专利“单管旋转阀式双涵道脉冲爆震发动机”，通过周期性开启与关闭旋转阀的进气孔，控制捕获气流在内外涵道切换，保持了较低的流动阻力。从上述专利技术所涉及的阀门技术可以看出，在进气过程中，旋转阀的运动使得爆震管内处于非稳态流动状态，进气稳定性较差，给爆震管内燃料的掺混以及点火过程带来一定的困难。另一方面，由于旋转阀系统自身的结构复杂性，点火位置离爆震管前端较远，点火能量较低，难以在短距离快速获得爆震波，严重影响脉冲爆震燃烧室的起爆性能。因此，如何在充分利用气动阀与旋转阀的性能优势的同时，解决爆震管内点火起爆等难题，使得脉冲爆震发动机能应用于工程实际，迫切需要一种新的技术方案解决相关问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置，该装置结合了旋转阀和气动阀的优点，解决现有脉冲爆震发动机进气稳定性与防倒流性能之间的矛盾以及点火起爆的难题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的一种基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置包括前管、爆震管、旋转阀、旋转阀外壳、导流块、预爆管、气动阀及喷油环；所述导流块安装在所述前管内，所述旋转阀和气动阀分别与所述导流块连接，所述预爆管一端位于所述气动阀内，所述喷油环安装在气动阀上；所述旋转阀外壳安装在旋转阀一部分的外部，所述导流块与旋转阀通过所述旋转阀外壳连接安装，所述旋转阀位于前管和爆震管之间，所述旋转阀和爆震管之间形成环形通道。进一步的，所述旋转阀上开设有旋转阀矩形进气槽和旋转阀扇形进气槽；所述旋转阀外壳上开设有外壳矩形进气槽、外壳扇形进气槽。进一步的，所述导流块为扇环形体。进一步的，所述旋转阀上开设有第一环形槽和第二环形槽，所述前管与旋转阀之间通过第一石墨环密封，所述第一石墨环嵌入所述旋转阀上的第一环形槽；所述爆震管与旋转阀之间安装第二密封石墨环，所述第二密封石墨环嵌入旋转阀上的第二环形槽。进一步的，所述旋转阀上套装轴承组件；所述旋转阀与轴承外壳之间安装两个滚针轴承，所述两个滚针轴承之间安装内环与外环；所述旋转阀上设置台阶与挡圈，限制轴承内圈的移动范围。进一步的，所述旋转阀上安装齿轮，通过电机实现旋转阀的转动。进一步的，所述气动阀包括内筒、外筒和若干片旋流片，所述旋流片固定在内筒与外筒上。进一步的，所述基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置还包括密封环、燃油喷管和导流环；所述喷油环上开设有切向孔，所述密封环固定安装在喷油环上，所述燃油喷管固定安装在密封环上，所述导流环安装在喷油环一端。进一步的，所述预爆管包括电嘴座、氢气喷杆、氧气喷杆和螺旋线圈；所述电嘴座安装在预爆管前端，所述氢气喷杆和氧气喷杆安装在预爆管上，所述螺旋线圈安装在预爆管内。螺旋线圈用来强化火焰在预爆管内的加速过程。进一步的，所述旋转阀具有旋转阀圆锥面，所述旋转阀圆锥面的半顶角为5°~7°。本专利技术的基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置，为在爆震管前端点火且点火能量较大的双通道脉冲爆震燃烧室装置，其工作原理如下：旋转阀达到预定转速，来自气源的空气流从前管的前端面流入脉冲爆震燃烧室装置，旋转阀控制部分空气交替进入爆震管和环形通道；另一部分空气通过旋流片进入气动阀通道。燃油通过燃料喷杆进入喷油环，在切向孔作用下形成油膜后，通过气动阀通道的内外两股高速气流下破碎雾化，并随着气流进入爆震管。当旋转阀控制空气流入爆震管时，氢气与氧气通过喷杆充填至预爆管；当旋转阀控制空气流入环形通道，预爆管前端的电嘴放电，点燃氢气与氧气混气，在预爆管内燃烧并形成爆震射流，随后进入爆震管点燃并起爆液态燃料。由于旋转阀矩形进气槽关闭，爆震管高压燃气仅仅从气动阀通道倒流至进口，倒流流量较低。而爆震管内压力远远大于供入喷油环的油压，此时燃油供应停止。本专利技术的基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置，与现有技术相比，具有以下优点：1、本专利技术所述的脉冲爆震燃烧室装置，结合了旋转阀与气动阀的性能优势，通过旋转阀控制部分气流交替进入爆震管通道与环形通道，防倒流性能较好；采用旋流片作为气动阀，另一部分气流通过气动阀通道进入爆震管，提高爆震管内进气稳定性。2、将驱动旋转阀的动力源放置在旋转阀侧边，同时将轴承后置，使得旋转阀头部（爆震管前端）能够安装预爆管系统。预爆管采用可爆性较好的气体燃料，促进了脉冲爆震燃烧室的起爆性能。3、喷油环安装在气动阀后，通过爆震管内的高压环境实现燃油的自适应控制。燃油在气动阀通道内的高速气流作用下雾化，并在爆震管内进一步掺混，提高了燃油的雾化与掺混性能。附图说明图1是本专利技术的基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置整体结构示意图，展示了对称面剖开的状态；图2是旋转阀结构示意图；图3是图2的旋转阀另一个视角的结构示意图；图4是前管与爆震管示意图；图5是轴承组件爆炸图；图6是图5的轴承组件另一角度的爆炸图；图7是导流块结构示意图；图8是图7的导流块另一视角的结构示意图；图9是旋转阀外壳结构示意图；图10是图9的旋转阀外壳另一视角的结构示意图；图11是气动阀通道示意图；图12是图11的气动阀通道另一个视角的示意图；图13是喷油环示意图；图14是预爆管结构示意图；图15是图14的预爆管另一角度的结构示意图。图中零部件编号如下：1旋转阀，2旋转阀外壳，3导流块，4前管，5预爆管，6气动阀，7喷油环，8爆震管，9环本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置，其特征在于，包括前管、爆震管、旋转阀、旋转阀外壳、导流块 、预爆管、气动阀及喷油环；所述导流块安装在所述前管内，所述旋转阀和气动阀分别与所述导流块连接，所述预爆管一端位于所述气动阀内，所述喷油环安装在气动阀上；所述旋转阀外壳安装在旋转阀一部分的外部，所述导流块与旋转阀通过所述旋转阀外壳连接安装，所述旋转阀位于前管和爆震管之间，所述旋转阀和爆震管之间形成环形通道。
【技术特征摘要】
1.一种基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置，其特征在于，包括前管、爆震管、旋转阀、旋转阀外壳、导流块 、预爆管、气动阀及喷油环；所述导流块安装在所述前管内，所述旋转阀和气动阀分别与所述导流块连接，所述预爆管一端位于所述气动阀内，所述喷油环安装在气动阀上；所述旋转阀外壳安装在旋转阀一部分的外部，所述导流块与旋转阀通过所述旋转阀外壳连接安装，所述旋转阀位于前管和爆震管之间，所述旋转阀和爆震管之间形成环形通道。2.根据权利要求1所述的基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置，其特征在于，所述旋转阀上开设有旋转阀矩形进气槽和旋转阀扇形进气槽；所述旋转阀外壳上开设有外壳矩形进气槽、外壳扇形进气槽。3.根据权利要求1所述的基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置，其特征在于，所述导流块为扇环形体。4.根据权利要求1所述的基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置，其特征在于，所述旋转阀上开设有第一环形槽和第二环形槽，所述前管与旋转阀之间通过第一石墨环密封，所述第一石墨环嵌入所述旋转阀上的第一环形槽；所述爆震管与旋转阀之间安装第二密封石墨环，所述第二密封石墨环嵌入旋转阀上的第二环形槽。5.根据权利要求1所述的基于旋转阀与气动阀组合的脉冲爆震燃烧室装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：武郁文，韩启祥，杨光远，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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