一種基于射流的脈沖爆震發動機助爆裝置的制作方法

本實用新型涉及脈沖爆震發動機，尤其是涉及一種基于射流的脈沖爆震發動機助爆裝置。

背景技術：

脈沖爆震發動機是一種利用周期性爆震波產生推力的非穩態新型推進系統。爆震波實際是一個激波后面緊跟一個燃燒波，以2000m/s左右的速度傳播。脈沖爆震發動機結構簡單，熱循環效率高，以等容燃燒工作的脈沖爆震發動機的效率可達47％。另外，脈沖爆震發動機的比燃料消耗率低，比沖大，因此在無人機、導彈等方面具有很好的應用前景。

經典循環過程的脈沖爆震發動機主要包括氣動閥、爆震室、尾噴管、供給裝置以及控制系統。在工作時，發動機的一端噴注燃料，燃料與來流空氣混合，混合氣體被點燃，產生爆震波，高溫高壓氣體從尾噴管排出，產生推力。通常來說起爆方式有兩種，為直接起爆和間接起爆。直接起爆需要很高的點火能量，這類點火系統比較龐大，很難小型化、輕型化。目前比較常用的間接起爆方法是用小能量點火形成一個初始的火焰核心，初始火焰經過一段加速裝置加速后最終形成爆震波。這一過程又稱爆燃向爆震轉捩過程(DDT)。如果點火能量較低，很難在光滑的爆震管內完成DDT或者所需的DDT距離較長，因此需要在爆震管內加入助爆裝置，常用的有孔板、圓螺旋等。公開文獻(脈沖爆震發動機微小型化研究)在爆震管內加入障礙物，有效促進爆燃向爆震的轉捩，成功地縮短了DDT的時間，但是測量得到的凈推力卻很小，其原因在于障礙物會增大流動阻力。而且障礙物的存在不利于排氣過程，增加排氣時間，不利于脈沖爆震發動機以高頻率運行。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為了克服現有技術中脈沖爆震發動機DDT的距離較長，所需的爆震管長度較長，脈沖爆震發動機的總體尺寸較大以及現有的障礙物助爆裝置存在的流阻大、排氣時間長等問題。提供流阻小、排氣快、射流可控、結構簡單的一種基于射流的脈沖爆震發動機助爆裝置。

本實用新型設有爆震管、點火器、射流方向控制器和射流啟閉控制器，在爆震管外部設有環形腔，在點火器前方設置射流火焰穩定器，高壓氣體通過環形腔進氣口進入環形腔，由射流火焰穩定器及射流孔射入爆震管，混合后的燃氣進入爆震管后，與從射流火焰穩定器中噴出的橫向射流相互作用，形成低速回流區，用于提高點火成功率；在爆震管后端設有射流孔，從射流孔中噴射出的高壓氣體可等效為氣動障礙物，用于加速火焰和形成爆震波；所述射流方向控制器用于控制射流方向，所述射流啟閉控制器用于射流孔的啟閉。

所述射流孔可設有7組，每組射流孔設有6個，6個射流孔周向等距分布。

所述射流火焰穩定器可設有6個，6個射流火焰穩定器周向等距分布。

本實用新型在脈沖爆震發動機進氣階段，從射流火焰穩定器噴射出的高壓氣體與高速混氣相互作用，在射流火焰穩定器后方形成低速回流區。點火器在此位置點火，能夠保證發動機在高頻工作條件下點火成功率高。射流孔噴射出的高壓氣體能夠在爆震管內形成極大的湍流，爆燃波經過此處時能夠大幅度地加速，快速形成爆震波。爆震波形成后，控制射流不再噴出，避免影響爆震波結構，使爆震波能夠自持穩定的向后傳播，形成很大的推力。本實用新型結構簡單，助爆效果好。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例整體結構示意圖。

圖2為本實用新型實施例軸向剖視結構示意圖。

圖3為本實用新型實施例射流火焰穩定器工作原理圖。

圖4為本實用新型實施例射流助爆原理圖。

圖5為本實用新型實施例射流方向控制器結構示意圖。

圖6為本實用新型實施例射流啟閉控制器結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例具體描述本實用新型。

參見圖1～6，所述一種基于射流的脈沖爆震發動機助爆裝置實施例由爆震管1、環形腔2、環形腔進氣口3、射流火焰穩定器4、點火器5、射流孔6、射流加速段7、射流增強段8、射流穩定段9、射流方向控制器10、射流啟閉控制器11組成。高壓氣體通過環形腔進氣口3進入環形腔2，由射流火焰穩定器4及射流孔6射入爆震管1。混合后的燃氣進入爆震管1后，與從射流火焰穩定器4中噴出的橫向射流相互作用，在射流火焰穩定器4后方產生低速回流區，在回流區位置由點火器5點燃混氣產生火焰。火焰沿著爆震管傳播的過程中，先后經過射流加速段7、射流增強段8和射流穩定段9，并在此過程中形成穩定自持的爆震波。射流加速段7沿軸向由兩組射流孔6組成，每組六個射流孔6按照環向等距分布，每個射流孔6上設有射流方向控制器10。射流增強段8沿軸向由三組射流孔6組成。射流穩定段9沿軸向由兩組射流孔6組成，每個射流孔上設有射流啟閉控制器11。

參照圖2，在本實施例中，采用的燃料為航空煤油，氧化劑為空氣，采用汽車火花塞作為點火器，點火能量為50mJ。其中爆震管1內徑為20mm，全長360mm，環形腔2的外徑為40mm，內徑為24mm，每組射流孔6之間的距離為15mm，為0.75倍的爆震管內徑，射流孔入口直徑為1mm，噴出口直徑為0.8mm。

以下給出本實用新型的工作原理：

在本實用新型的助爆裝置中，參照圖3，來流的混合燃氣與射流火焰穩定器4噴出的橫向射流相碰撞，導致點火器5位置的混合燃氣流速降低并產生回流，點火成功率高，有利于發動機高頻工作。參照圖4，射流孔6噴出的射流會增大未燃區域氣體的湍流度，產生許多漩渦，火焰經過時，火焰面被漩渦打亂，火焰傳播速度增加，進而更快地完成爆燃向爆震轉捩過程。火焰經過射流加速段7時，此時火焰傳播速度較小，需要射流助爆裝置產生很大的湍流度，通過射流方向控制器10可控制每個射流孔6噴出的射流方向不同，增強加速效果。火焰經過射流增強段8時已達到較高的傳播速度，此處采用普通橫向射流，在加速火焰的同時減少對火焰結構的破壞。同時，在射流增強段8可設置一系列傳感器，檢測爆震波是否形成。若檢測到爆震波以及形成，可控制射流穩定段9的射流啟閉控制器11，使射流孔6關閉，避免破壞爆震波結構；反之，可控制射流孔6開啟，繼續促進爆震波產生。

對本實施例進行初步原理性驗證，采用11組分23步H2/air基元反應，以及AMR網格的N-S方程反應流程序來模擬射流加速DDT過程，光滑管內DDT時間為0.661ms，采用0.5mm狹縫射流腔駐渦形式得到DDT時間為0.47ms，表明狹縫橫向射流具有加速DDT的效果。射流產生的漩渦不斷卷吸火焰前端的燃氣，加速了火焰的皺褶，來流不斷壓縮渦中心，最終在渦的附近形成爆震熱點，最終形成爆震波。

本實用新型的基于射流的助爆裝置可以用于多種脈沖爆震發動機，是一種非常有應用前景的裝置。