用于旋转爆震燃烧系统的多模式燃烧控制技术方案

提供了用于燃烧系统(100)的多模式操作的计算机实施的方法和燃烧系统(100)。该方法包括：初始化燃料/氧化剂混合物(132)的燃烧；确定燃烧系统(100)处的条件是否满足或超过第一阈值操作参数；如果燃烧系统(100)处的条件满足或超过第一阈值操作参数，则过渡到燃料/氧化剂混合物(132)的爆震燃烧；并且如果燃烧系统(100)处的条件不满足或不超过第一阈值操作参数，则维持或增加通过爆燃燃料回路(191)的燃料流。燃料流。燃料流。

Multi mode combustion control for rotary detonation combustion system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于旋转爆震燃烧系统的多模式燃烧控制
[0001]优先权信息
[0002]本申请要求于2019年12月3日提交的美国专利申请序列号16/701,574的优先权，其通过引用并入本文。


[0003]本主题大体涉及推进系统中的连续爆震系统。

技术介绍

[0004]许多推进系统(例如燃气涡轮发动机)是基于布雷顿循环，其中空气被绝热压缩，热量在恒定压力下添加，产生的热气体在涡轮中膨胀，并且热量在恒定压力下被排出。高于驱动压缩系统所需的能量然后可用于推进或其他工作。这种推进系统通常依靠爆燃燃烧来燃烧燃料/空气混合物，并产生在燃烧室内以相对缓慢的速率和恒定压力行进的燃烧气体产物。虽然基于布雷顿循环的发动机通过部件效率的稳步提高以及压力比和峰值温度的增加而达到高水平的热力学效率，但仍欢迎进一步的改进。
[0005]因此，已通过修改发动机架构来寻求发动机效率的改进，使得燃烧以连续模式作为爆震发生。高能点火引爆燃料/空气混合物，其转变为爆震波(即与反应区紧密耦合的快速移动冲击波)。相对于反应物的声速，爆震波在大于声速的马赫数范围内传播。燃烧产物以相对于爆震波的声速和显著升高的压力跟随爆震波。这样的燃烧产物然后可以通过喷嘴排出以产生推力或旋转涡轮。
[0006]然而，尽管爆震燃烧可以提高发动机效率，但是燃烧系统和发动机的可操作性范围受限于在旋转爆震燃烧系统中可以形成和维持爆震的范围。因此，需要允许增加旋转爆震燃烧系统和发动机的可操作性范围的系统和方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本专利技术的实践来获知。
[0008]本公开的方面涉及一种用于燃烧系统的多模式操作的计算机实施的方法。该方法包括：初始化燃料/氧化剂混合物的燃烧；确定燃烧系统处的条件是否满足或超过第一阈值操作参数；如果燃烧系统处的条件满足或超过第一阈值操作参数，则过渡到燃料/氧化剂混合物的爆震燃烧；并且如果燃烧系统处的条件不满足或不超过第一阈值操作参数，则维持或增加通过爆燃燃料回路的燃料流。
[0009]本公开的另一方面涉及一种燃烧系统，该燃烧系统被构造为执行计算机实施的方法的步骤。燃烧系统包括气体在其处离开的后端和氧化剂流在其处进入的前端。燃烧系统还包括：外壁，外壁至少部分地限定燃烧室；爆燃燃料回路，爆燃燃料回路被构造为向燃烧室提供第一燃料流；爆震燃料回路，爆震燃料回路被构造为向燃烧室提供第二燃料流；以及控制阀，控制阀定位在爆燃燃料回路或爆震燃料回路中的一个或多个处，控制阀被构造为
调节爆燃燃料回路和爆震燃料回路之间的总流量燃料的燃料分流。控制器被构造为存储在执行时进行操作的指令。该操作包括：确定燃烧系统处的条件是否满足或超过第一阈值操作参数；如果燃烧系统处的条件满足或超过第一阈值操作参数，则过渡到燃料/氧化剂混合物的爆震燃烧；并且如果燃烧系统处的条件不满足或不超过第一阈值操作参数，则维持或增加通过爆燃燃料回路的燃料流。
[0010]本公开的另一方面涉及一种包括根据本公开的方面的燃烧系统和控制器的热发动机。热发动机包括压缩机区段、膨胀区段和以串行流动布置定位在压缩机区段与膨胀区段之间的多模式燃烧系统。燃烧系统包括：外壁，外壁至少部分地限定燃烧室；爆燃燃料回路，爆燃燃料回路被构造为向燃烧室提供第一燃料流；爆震燃料回路，爆震燃料回路被构造为向燃烧室提供第二燃料流；以及控制阀，控制阀定位在爆燃燃料回路或爆震燃料回路中的一个或多个处。控制阀被构造为调节爆燃燃料回路和爆震燃料回路之间的总流量燃料的燃料分流。
[0011]通过参考以下描述和所附权利要求，本专利技术的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入并构成本说明书一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且与描述一起用于解释本专利技术的原理。
附图说明
[0012]在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本专利技术的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
[0013]图1是根据本公开的示例性实施例的包括多模式燃烧系统的热发动机的示意图；
[0014]图2是根据本公开的方面的示例性旋转爆震燃烧系统的爆震室的立体图；
[0015]图3是概述用于燃烧系统的多模式操作的方法的步骤的流程图；
[0016]图4是概述用于燃烧系统的多模式操作的方法的步骤的另一个流程图；和
[0017]图5
‑
8是根据本公开的方面的多模式燃烧系统的示例性实施例的示意横截面视图。
[0018]在本说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本专利技术的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
[0019]现在将详细参考本专利技术的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个示例是为了解释本专利技术，而不是限制本专利技术。事实上，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，可以对本专利技术进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，本专利技术旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物范围内的这些修改和变化。
[0020]如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以区分一个部件与另一个部件，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
[0021]术语“前”和“后”是指推进系统或运载器内的相对位置，并且是指推进系统或运载器的正常操作姿态。例如，对于推进系统，前是指更靠近推进系统入口的位置，而后是指更靠近推进系统喷嘴或排气口的位置。
[0022]术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
[0023]除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用。
[0024]在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有说明，否则此类范围被标识并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以彼此独立地组合。
[0025]本文提供了多模式燃烧系统和操作方法的实施例，其可以提高发动机效率和可操作性范围。本文提供的实施例提供了用于多模式操作的多模式燃烧系统和方法，其中液体和/或气体燃料通过扩散燃料回路引入。当操作条件不足以支持爆震燃烧时，爆燃燃料回路经由爆燃燃烧稳定燃烧/爆震室中的火焰。传感器检测何时操作条件足以支持爆震燃烧，其中燃料从爆燃燃料回路过渡到爆震燃料回路。在某些实施例中，当向爆震燃烧的过渡处于或接近完成时，爆燃回路经历通过爆燃回路的空气或惰性气体吹扫循环，以从爆燃回路去除任何剩余燃料。
[0026]现在参考图1，提供了包括多模式燃烧系统100的实施例的热发动机102的示例性实施例的示意图。多模式燃烧系统100被构造为在爆燃燃烧模式和爆震燃烧模式之间操作和转换。热发动机102通常被构造为推进系统、发电系统或涡轮机。更具体地，热发动机102通常包括入口或压缩机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于燃烧系统的多模式操作的计算机实施的方法，其特征在于，所述方法包括：初始化燃料/氧化剂混合物的燃烧；确定所述燃烧系统处的条件是否满足或超过第一阈值操作参数；如果所述燃烧系统处的条件满足或超过所述第一阈值操作参数，则过渡到所述燃料/氧化剂混合物的爆震燃烧；并且如果所述燃烧系统处的条件不满足或不超过所述第一阈值操作参数，则维持或增加通过爆燃燃料回路的燃料流。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括控制环路，其中增加通过所述爆燃燃料回路的燃料流，直到所述燃烧系统处的条件满足或超过所述第一阈值操作参数。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中，过渡到爆震燃烧包括调节所述爆燃燃料回路和爆震燃料回路之间的燃料分流。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括：初始化和/或维持所述燃烧室处的所述燃料/氧化剂混合物的爆震。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括：至少基于所述燃烧系统处的期望操作条件来调节通过所述爆燃燃料回路的燃料流。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括控制环路，其中至少基于所述第一阈值操作参数和第二阈值操作参数来增加或减少通过所述爆燃燃料回路的燃料流。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中，所述第一阈值操作参数对应于用于所述燃烧系统处的所述燃料/氧化剂混合物的爆震的最小压力。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中，所述第二阈值操作参数对应于用于所述燃烧系统处的所述燃料/氧化剂混合物的爆震的最大压力。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中，所述第二阈值操作参数对应于离开所述燃烧系统的气体的最高温度。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：约耳，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：