本发明专利技术公开了一种顺流式旋转气波点火爆震燃烧装置及方法，属于爆震发动机技术领域。包括：同轴设置的进气喷管、前端转盘、电动机及爆震燃烧室；所述电动机的输出轴与前端转盘相连，所述电动机设置在所述爆震燃烧室内；所述前端转盘的周向布置有射流腔和进气腔，所述射流腔和进气腔之间有周向夹角；爆震燃烧室包括多个周向同轴布置的爆震管；还提供了一种爆震燃烧装方法，本发明专利技术通过带有射流腔及进气腔的前端转盘的旋转运动，使其与爆震管周期性的接通或闭合，在爆震管内产生周期性的脉冲激波，脉冲激波在爆震管内反射聚焦产生局部高温高压区，直接点火起爆，无需其它复杂的外部点火源，且能够控制点火频率，使爆震燃烧过程更加稳定、可控。可控。可控。
【技术实现步骤摘要】
一种顺流式旋转气波点火爆震燃烧装置及方法
[0001]本专利技术属于爆震发动机
，更具体地，涉及一种顺流式旋转气波点火爆震燃烧装置及方法。
技术介绍
[0002]众所周知，爆震燃烧是一种以较低熵增来实现燃料化学能能量快速释放的过程。通常情况下，爆震燃烧是通过较低的点火能量产生燃烧波，再经过爆燃向爆震的转变(DDT过程)，使燃烧波与激波耦合，达到在燃烧的同时实现“自增压”的效果，从而提高发动机的综合热效率。另一方面，航天飞行器受体积、重量和安全性的要求，通常需携带能量密度更高，存储更加安全的液体燃烧。与气体燃料相比，液体燃烧的起爆难度更大，燃烧波传播特性变差。为此，人们想到尽量避免燃烧的DDT过程，直接点火起爆爆震燃烧。但理论计算表明，要达到直接起爆爆震燃烧的点火要求所需的点火能量太大，常规的点火方式无法长时间稳定可靠的起爆爆震燃烧。
[0003]激波在凹形壁面内聚焦反射可以产生局部的高温高压区域，对可燃预混气而言，在适当的条件下可诱导着火甚至爆轰，是一种极具潜力满足直接点火起爆爆震燃烧的点火方式。但依靠激波聚焦点火的前提是要产生周期性可控的运动激波，导致燃烧室内的燃烧过程是一个非定常过程。
[0004]现有技术中，多采用声波共振的方式产生周期性的运动激波，在凹形壁面的开口处通过碰撞产生激波，但是这种基于声波共振的聚焦方式，具有爆震燃烧不稳定的缺陷；另外，激波频率由气腔决定，受气腔的限制，工作频率不一定总是在有效的频率内，可靠性差，并且这种方式的激波频率调节困难，不能实现频率的连续调节。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种顺流式旋转气波点火爆震燃烧装置及方法，其目的在于提升爆震燃烧的稳定性。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种顺流式旋转气波点火爆震燃烧装置，包括：同轴设置的进气喷管、前端转盘、电动机及爆震燃烧室；所述电动机的输出轴与前端转盘相连，所述电动机设置在所述爆震燃烧室内；
[0007]所述前端转盘的周向布置有射流腔和进气腔，所述射流腔和进气腔之间有周向夹角；所述爆震燃烧室包括多个周向同轴布置的爆震管；
[0008]所述进气喷管用于输入氧化剂，并将其减速扩压后通过所述前端转盘的进气腔进入爆震管；所述电动机用于带动前端转盘转动，使所述射流腔及进气腔周期性的与爆震管接通或闭合；所述前端转盘还用于在射流腔与爆震管接通时，在所述爆震管内外差压下，使所述爆震管内产生非定常脉冲激波；所述非定常脉冲激波在所述爆震管内产生激波反射聚焦反应，实现爆震点火。
[0009]进一步地，所述爆震管包括依次串联连通的振荡腔、激波聚焦腔及爆震燃烧腔；
[0010]所述振荡腔，用于沿气流方向产生雾化燃料，使所述雾化燃料与激波聚焦腔内的氧化剂混合，使所述激波聚焦腔内产生可燃混气；
[0011]所述激波聚焦腔，用于将所述可燃混气与所述非定常脉冲激波发生激波反射聚焦反应，起爆所述可燃混气，产生爆震波；
[0012]所述爆震燃烧腔，用于沿逆流方向产生雾化燃料，使所述雾化燃料与氧化剂混合，使所述爆震燃烧腔内产生可燃混气，并在所述爆震波的作用下，引燃所述可燃混气，进一步增加所述爆震管的输出功率。
[0013]进一步地，所述振荡腔内设有顺流方向的起爆燃料雾化喷头；所述爆震燃烧腔内设有逆流方向的加力燃料雾化喷头；所述激波聚焦腔为凹腔结构，且凹面朝向所述振荡腔。
[0014]进一步地，所述射流腔和进气腔之间的周向夹角α为15
°
～30
°
。
[0015]进一步地，所述射流腔的周向弧度s、前端转盘的转速n及振荡腔的长度L之间满足：
[0016][0017]其中，r为射流腔的半径，a为非定常脉冲激波在振荡腔内的传播速度。
[0018]进一步地，所述进气腔的周向张角β为60
°
～80
°
。
[0019]进一步地，所述射流腔和进气腔的径向高度与所述爆震管的径向高度一致。
[0020]进一步地，所述射流腔和进气腔依次沿所述前端转盘的周向对称交替分布。
[0021]按照本专利技术的第二个方面，提供了一种顺流式旋转气波点火爆震燃烧方法，包括：
[0022]输入氧化剂，并将其减速扩压后，分别形成进气流和射流；
[0023]将所述进气流和射流周期性的交替输入爆震燃烧室；
[0024]在一个周期内，将所述进气流输入爆震燃烧室，为所述爆震燃烧室提供氧化剂环境；停止输入进气流，将所述射流输入爆震燃烧室，在所述爆震燃烧室内外差压下，使所述爆震燃烧室内产生非定常脉冲激波；所述非定常脉冲激波在所述爆震燃烧室内产生激波反射聚焦反应，实现爆震点火。
[0025]进一步地，还包括：
[0026]在所述爆震燃烧室的前端，沿气流方向产生雾化燃料，使所述雾化燃料与所述氧化剂混合，产生可燃混气；
[0027]将所述可燃混气与所述非定常脉冲激波发生激波反射聚焦反应，起爆所述可燃混气，产生爆震波；
[0028]在所述爆震燃烧室的后端，沿逆流方向产生雾化燃料，使所述雾化燃料与氧化剂混合，产生可燃混气，并在所述爆震波的作用下，引燃所述可燃混气，进一步增加所述爆震燃烧室的输出功率。
[0029]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0030](1)本专利技术通过带有射流腔及进气腔的前端转盘的旋转运动，使其与静止的爆震管周期性的接通或闭合，在爆震管内产生周期性的脉冲激波，脉冲激波在爆震管内反射聚焦产生局部高温高压区，直接点火起爆爆震燃烧，这种点火方式无需其它复杂的外部点火源，结构紧凑；并且控制进气腔与射流腔与爆震管接通或闭合的周期，就可以产生稳定可控的脉冲激波，进而控制爆震燃烧室内的点火频率，使爆震燃烧过程更加稳定、可控。
[0031](2)进一步地，本专利技术还设计了爆震管的腔结构，通过采用串联连通的振荡腔，激波聚焦腔和爆震燃烧腔，在振荡腔内产生脉冲激波，激波聚焦腔内产生激波聚焦点火起爆，产生爆震波，利用该爆震波进一步引燃爆震燃烧腔内的可燃混气，使得点火起爆频率与燃烧室内的脉冲爆震频率始终保持同步，进一步提升了爆震燃烧室的可靠性。
[0032](3)本专利技术的装置保持了轴向进气的气动布局，是一种轴流式的进气、出气方式，便于与现有航空发动机技术结合以提高发动机的循环热效率，可移植性强。
[0033](4)作为优选，可以在前端转盘的周向对称交替设置多个环形射流腔和环形进气腔，提升前端转盘与爆震管的接通/闭合周期，以提升点火起爆频率，当点火起爆频率大于一定值时，可以为发动机提供一种连续的推力。
[0034](5)本专利技术提供的顺流式旋转气波点火爆震燃烧方法，通过将将进气流和射流周期性的交替输入爆震燃烧室，在同一个周期内，先输入进气流为爆震燃烧室提供氧化剂环境，然后输入射流，在爆震燃烧室内外差压下，产生非定常脉冲激波，进而产生激波反射聚焦反应，实现爆震点本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种顺流式旋转气波点火爆震燃烧装置，其特征在于，包括：同轴设置的进气喷管(1)、前端转盘(2)、电动机(11)及爆震燃烧室；所述电动机(11)的输出轴与前端转盘(2)相连，所述电动机(11)设置在所述爆震燃烧室内；所述前端转盘(2)的周向布置有射流腔(15)和进气腔(17)，所述射流腔(15)和进气腔(17)之间有周向夹角；所述爆震燃烧室包括多个周向同轴布置的爆震管(14)；所述进气喷管用于输入氧化剂，并将其减速扩压后通过所述前端转盘的进气腔进入爆震管；所述电动机用于带动前端转盘转动，使所述射流腔及进气腔周期性的与爆震管接通或闭合；所述前端转盘还用于在射流腔与爆震管接通时，在所述爆震管内外差压下，使所述爆震管内产生非定常脉冲激波；所述非定常脉冲激波在所述爆震管内产生激波反射聚焦反应，实现爆震点火。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述爆震管包括依次串联连通的振荡腔(4)、激波聚焦腔(5)及爆震燃烧腔(9)；所述振荡腔(4)，用于沿气流方向产生雾化燃料，使所述雾化燃料与激波聚焦腔(5)内的氧化剂混合，使所述激波聚焦腔内产生可燃混气；所述激波聚焦腔(5)，用于将所述可燃混气与所述非定常脉冲激波发生激波反射聚焦反应，起爆所述可燃混气，产生爆震波；所述爆震燃烧腔(9)，用于沿逆流方向产生雾化燃料，使所述雾化燃料与氧化剂混合，使所述爆震燃烧腔内产生可燃混气，并在所述爆震波的作用下，引燃所述可燃混气，进一步增加所述爆震管的输出功率。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述振荡腔(4)内设有顺流方向的起爆燃料雾化喷头(3)；所述爆震燃烧腔(9)内设有逆流方向的加力燃料雾化喷头(7)；所述激波聚焦腔(5)为凹腔结构，且凹面朝向所述振荡腔(4)。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述射流腔(15...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵家权，邓玉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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