專利名稱：一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及發動機技術領域，具體為一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機。
背景技術：
脈沖爆震發動機是一種利用脈沖爆震波產生推力的新概念發動機。它具有結構簡單、重量輕、推重比大、單位燃料消耗率低等優點。脈沖爆震發動機根據氧化劑供給方式的不同，分為自吸氣式和火箭式兩種結構形式。它們的基本原理是相同的，區別在于吸氣式脈沖爆震發動機從空氣中獲得氧化劑，而火箭式脈沖爆震發動機需自帶氧化劑。吸氣式脈沖爆震發動機與火箭式脈沖爆震發動機相比有很多優點不用自帶氧化劑，可以從大氣中獲得氧氣，這可以使其應用于航空領域，具有更寬的應用范圍；可以減輕發動機的總重量，有利于發動機總推重比的提高。盡管吸氣式脈沖爆震發動機有諸多優點，但其氧化劑要從大氣中獲得，實際應用中，由于工作環境特別復雜，氧化劑很難控制。在已授權的名為“一種二次爆震的脈沖爆震發動機”(專利號為 “ZL201020608098.6”)中，設計了一種脈沖爆震發動機，用于實現主爆震室的爆震。通過實驗表明，采用專利中公開的發動機可成功實現爆震，但是實驗僅能維持很短的時間，造成這種現象的原因主要是主爆震室內空氣(氧化劑)供應不足。在主爆震室前端安裝擋板， 用以防止主爆震室回火前傳而造成主爆震室混合物逆流傳播，但是擋板嚴重限制引射空氣量，造成二次爆震不能長久維持。因此如何主爆震室內填充足夠的燃料和氧化劑至關重要， 至今仍是研究中的一個技術難點。

發明內容
要解決的技術問題為解決現有技術存在的問題，本發明提出了一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機。技術方案本發明的技術方案為所述一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，包括預爆管和主爆震室，其特征在于主爆震室包括吸氣喇叭噴管、轉接頭、主爆震形成室和收斂噴管；轉接頭為90°轉折的圓管結構；主爆震形成室由同軸連接的兩級圓管組成，第二級圓管的內徑比第一級圓管的內徑大，第一級圓管后端為收斂形，第二級圓管前端為擴張形，第一級圓管后端收斂角與第二級圓管前端擴張角相同，第一級圓管后端的收斂段和第二級圓管前端的擴張段間隙嵌套在一起，并且在嵌套間隙中采用連接桿將第一級圓管與第二級圓管固定連接；在第一級圓管管壁側壁開有輸油孔，在輸油孔內側安裝有噴油嘴；轉接頭一端與吸氣喇叭噴管的小口徑端密封同軸固定連接，轉接頭另一端與主爆震形成室第一級圓管前端進口密封同軸固定連接，主爆震形成室第二級圓管后端出口與收斂噴管大口徑端密封同軸固定連接；預
3爆管從轉接頭連接吸氣喇叭噴管的一側管壁插入，并與轉接頭密封固定連接，預爆管中心軸線與主爆震形成室中心軸線共線，且預爆管出口位于第一級圓管管道內，并處于噴油嘴出油口方向背側。所述的一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，其特征在于主爆震形成室第二級圓管的內徑比第一級圓管的內徑大8mm-10mm。所述的一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，其特征在于主爆震形成室第一級圓管后端收斂段的收斂角為5° -10°，第二級圓管前端擴張段的收斂角為 5° -10° 。所述的一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，其特征在于主爆震形成室輸油孔內側噴油嘴出油口方向與第一級圓管軸線方向有5° -15°的夾角，且噴油嘴出油口朝向第二級圓管。所述的一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，其特征在于主爆震形成室第二級圓管的軸向長度比第一級圓管的軸向長度短50 100mm。所述的一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，其特征在于主爆震形成室第一級圓管主體內徑是預爆管內徑的2倍。有益效果本發明提出的一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，利用預爆管排出的高溫高壓產物，可以有效地通過吸氣喇叭噴管將外界新鮮空氣引射到主爆震形成室內；吸氣喇叭噴管通過一個折角為90°的轉接頭與主爆震形成室連接，既可以有效預防回火反傳， 又可以大大增加引射的空氣量；主爆震形成室第一級圓管與第二級圓管之間留有縫隙，外界空氣可以通過縫隙進入到主爆震形成室中，增加了主爆震室后端氧化劑的填充量，解決了主爆震室內氧化劑不足的問題，有利于爆震的成功轉變，進而產生更大的推力，提高發動機的性能。試驗表明，本發明提出的發動機能夠維持較長的爆震工作時間。


圖1 本發明的結構示意圖；圖2:預爆管結構示意圖；圖3 主爆震形成室結構示意圖；其中1、預爆管燃料入口 ；2、預爆管氧化劑入口 ；3、預爆管隔離氣體入口 ；4-1、 預爆管內噴油嘴；4-2、主爆震室內噴油嘴；5、火花塞；6、連接法蘭；7、預爆管頭部；8、爆震形成段；9、爆震增強裝置；10、爆震傳播段；11-1、吸氣喇叭噴管引射空氣入口 ；11-2、主爆震形成室中的縫隙引射空氣入口 ；12、主爆震室燃料入口 ；13、吸氣喇叭噴管；14、轉接頭； 15-1、主爆震形成室第一級圓管；15-2、主爆震形成室第二級圓管；16、收斂噴管。
具體實施例方式下面結合具體實施例描述本發明實施例1 如圖1所示，本實施例中給出的吸氣式組合脈沖爆震發動機包括預爆管和主爆震室。
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如圖2所示，預爆管包括預爆管頭部7、預爆管爆震形成段8和預爆管爆震傳播段 10。預爆管頭部7是一端封閉，一端開口的等截面圓管，預爆管頭部7封閉端管壁上設有燃料入口 1、氧化劑入口 2和隔離氣體入口 3，填充隔離氣體是為了防止發生過早點火，氧化劑和隔離氣體通過氧化劑入口 2和隔離氣體入口 3進入預爆管頭部7，火花塞5安裝在預爆管頭部7的管壁上，且火花塞5安裝位置中心與預爆管頭部7封閉端的距離是預爆管內徑的 1. 5倍，預爆管頭部7前端中心處設有噴油嘴4-1。預爆管爆震形成段8和預爆管爆震傳播段10均為兩端開口的等截面圓管，預爆管頭部7通過連接法蘭與爆震形成段8前端固定相連，爆震形成段8后端與爆震傳播段10焊接在一起，預爆管頭部7、爆震形成段8和爆震傳播段10同軸固定安裝。爆震形成段8內壁上設有S1Chelkin螺紋增強裝置，用于實現爆燃向爆震的轉變，Shchelkin螺紋的螺距為預爆管內徑的0. 8倍，螺旋直徑為預爆管內徑的0. 1倍，螺旋升角為30°度。如圖3所示，主爆震室包括吸氣喇叭噴管13、轉接頭14、主爆震形成室15和收斂噴管16。轉接頭為90°轉折的圓管結構；主爆震形成室15由同軸連接的兩級圓管組成， 第二級圓管的內徑比第一級圓管的內徑大8mm，第一級圓管15-1后端為收斂形，收斂角為 10°，第二級圓管15-2前端為擴張形，擴張角為10°，第一級圓管15-1后端的收斂段和第二級圓管15-2前端的擴張段間隙嵌套在一起，并且在嵌套間隙中焊接連接桿將第一級圓管與第二級圓管固定連接，第二級圓管15-2的軸向長度比第一級圓管15-1的軸向長度短 50mm。在第一級圓管15-1管壁側壁開有兩個對稱的輸油孔，在輸油孔內側安裝有噴油嘴安裝座，噴油嘴安裝座上固定安裝有噴油嘴4-2，用于向主爆震形成室內噴注燃油，噴油嘴出油口方向與第一級圓管的軸線方向有5°的夾角，且噴油嘴出油口朝向第二級圓管，以免燃油碰到壁面，造成燃料的浪費。轉接頭14 一端與吸氣喇叭噴管13的小口徑端采用連接法蘭密封同軸固定連接， 轉接頭另一端與主爆震形成室第一級圓管15-1前端進口采用連接法蘭密封同軸固定連接，轉接頭14內徑與與主爆震形成室第一級圓管15-1的內徑相同；主爆震形成室第二級圓管后端出口與收斂噴管16的大口徑端采用連接法蘭密封同軸固定連接。這里采用吸氣喇叭噴管13通過轉接頭垂直于主爆震形成室安裝，相比于直圓管可以引射到更多的空氣，并且可以有效預防主爆震室內混合物的反傳。主爆震形成室第一級圓管15-1的內徑是預爆管內徑的2倍。預爆管從轉接頭連接吸氣喇叭噴管的一側管壁插入，并與轉接頭密封焊接固定， 預爆管中心軸線與主爆震形成室中心軸線共線，且預爆管出口位于第一級圓管管道內，并處于噴油嘴出油口方向背側。本實施例其工作時，燃油經燃料入口 1，通過噴油嘴4-1噴入預爆管頭部7，與此同時氧化劑經氧化劑入口 2進入預爆管頭部7，燃料和氧化劑摻混之后，火花塞5開始點火。 燃料混合物燃燒后在爆震形成段8中發生爆燃向爆震轉變過程，最終形成爆震波。爆震波經由預爆管傳播段10傳出。預爆管中高溫高壓產物排出末端出口時，利用吸氣喇叭噴管13，會將周圍大量的新鮮空氣吸入到主爆震形成室的第一級圓管15-1內，空氣通過吸氣喇叭噴管引射空氣入口 11-1進入。燃油通過主爆震室的兩個燃料入口 12進入到主爆震室的第一級圓管15-1 內，與引射進來的空氣進行摻混。另有少部分空氣通過主爆震形成室第一級圓管15-1和第
5二級圓管15-2中間的縫隙進入到主爆震室的第二級圓管15-2內，為其補充氧化劑。通過預爆管排出的高溫高壓氣體將主爆震形成室內的混合物點燃，在主爆震室15內再次形成爆震，從而產生很大的推力，大大提高了發動機的性能。實施例2 如圖1所示，本實施例中給出的吸氣式組合脈沖爆震發動機包括預爆管和主爆震室。如圖2所示，預爆管包括預爆管頭部7、預爆管爆震形成段8和預爆管爆震傳播段 10。預爆管頭部7是一端封閉，一端開口的等截面圓管，預爆管頭部7封閉端管壁上設有燃料入口 1、氧化劑入口 2和隔離氣體入口 3，填充隔離氣體是為了防止發生過早點火，氧化劑和隔離氣體通過氧化劑入口 2和隔離氣體入口 3進入預爆管頭部7，火花塞5安裝在預爆管頭部7的管壁上，且火花塞5安裝位置中心與預爆管頭部7封閉端的距離是預爆管內徑的 2倍，預爆管頭部7前端中心處設有噴油嘴4-1。預爆管爆震形成段8和預爆管爆震傳播段10均為兩端開口的等截面圓管，預爆管頭部7通過連接法蘭與爆震形成段8前端固定相連，爆震形成段8后端與爆震傳播段10焊接在一起，預爆管頭部7、爆震形成段8和爆震傳播段10同軸固定安裝。爆震形成段8內壁上設有S1Chelkin螺紋增強裝置，用于實現爆燃向爆震的轉變，Shchelkin螺紋的螺距為預爆管內徑的1倍，螺旋直徑為預爆管內徑的0.2倍，螺旋升角為40°度。如圖3所示，主爆震室包括吸氣喇叭噴管13、轉接頭14、主爆震形成室15和收斂噴管16。轉接頭為90°轉折的圓管結構；主爆震形成室15由同軸連接的兩級圓管組成， 第二級圓管的內徑比第一級圓管的內徑大10mm，第一級圓管15-1后端為收斂形，收斂角為 5°，第二級圓管15-2前端為擴張形，擴張角為5°，第一級圓管15-1后端的收斂段和第二級圓管15-2前端的擴張段間隙嵌套在一起，并且在嵌套間隙中焊接連接桿將第一級圓管與第二級圓管固定連接，第二級圓管15-2的軸向長度比第一級圓管15-1的軸向長度短 SOmm0在第一級圓管15-1管壁側壁開有兩個對稱的輸油孔，在輸油孔內側安裝有噴油嘴安裝座，噴油嘴安裝座上固定安裝有噴油嘴4-2，用于向主爆震形成室內噴注燃油，噴油嘴出油口方向與第一級圓管的軸線方向有10°的夾角，且噴油嘴出油口朝向第二級圓管，以免燃油碰到壁面，造成燃料的浪費。轉接頭14 一端與吸氣喇叭噴管13的小口徑端采用連接法蘭密封同軸固定連接， 轉接頭另一端與主爆震形成室第一級圓管15-1前端進口采用連接法蘭密封同軸固定連接，轉接頭14內徑與與主爆震形成室第一級圓管15-1的內徑相同；主爆震形成室第二級圓管后端出口與收斂噴管16的大口徑端采用連接法蘭密封同軸固定連接。這里采用吸氣喇叭噴管13通過轉接頭垂直于主爆震形成室安裝，相比于直圓管可以引射到更多的空氣，并且可以有效預防主爆震室內混合物的反傳。主爆震形成室第一級圓管15-1的內徑是預爆管內徑的2倍。預爆管從轉接頭連接吸氣喇叭噴管的一側管壁插入，并與轉接頭密封焊接固定， 預爆管中心軸線與主爆震形成室中心軸線共線，且預爆管出口位于第一級圓管管道內，并處于噴油嘴出油口方向背側。本實施例其工作時，燃油經燃料入口 1，通過噴油嘴4-1噴入預爆管頭部7，與此同時氧化劑經氧化劑入口 2進入預爆管頭部7，燃料和氧化劑摻混之后，火花塞5開始點火。
6燃料混合物燃燒后在爆震形成段8中發生爆燃向爆震轉變過程，最終形成爆震波。爆震波經由預爆管傳播段10傳出。預爆管中高溫高壓產物排出末端出口時，利用吸氣喇叭噴管13，會將周圍大量的新鮮空氣吸入到主爆震形成室的第一級圓管15-1內，空氣通過吸氣喇叭噴管引射空氣入口 11-1進入。燃油通過主爆震室的兩個燃料入口 12進入到主爆震室的第一級圓管15-1 內，與引射進來的空氣進行摻混。另有少部分空氣通過主爆震形成室第一級圓管15-1和第二級圓管15-2中間的縫隙進入到主爆震室的第二級圓管15-2內，為其補充氧化劑。通過預爆管排出的高溫高壓氣體將主爆震形成室內的混合物點燃，在主爆震室15內再次形成爆震，從而產生很大的推力，大大提高了發動機的性能。實施例3 如圖1所示，本實施例中給出的吸氣式組合脈沖爆震發動機包括預爆管和主爆震室。如圖2所示，預爆管包括預爆管頭部7、預爆管爆震形成段8和預爆管爆震傳播段 10。預爆管頭部7是一端封閉，一端開口的等截面圓管，預爆管頭部7封閉端管壁上設有燃料入口 1、氧化劑入口 2和隔離氣體入口 3，填充隔離氣體是為了防止發生過早點火，氧化劑和隔離氣體通過氧化劑入口 2和隔離氣體入口 3進入預爆管頭部7，火花塞5安裝在預爆管頭部7的管壁上，且火花塞5安裝位置中心與預爆管頭部7封閉端的距離是預爆管內徑的 2倍，預爆管頭部7前端中心處設有噴油嘴4-1。預爆管爆震形成段8和預爆管爆震傳播段10均為兩端開口的等截面圓管，預爆管頭部7通過連接法蘭與爆震形成段8前端固定相連，爆震形成段8后端與爆震傳播段10焊接在一起，預爆管頭部7、爆震形成段8和爆震傳播段10同軸固定安裝。爆震形成段8內壁上設有S1Chelkin螺紋增強裝置，用于實現爆燃向爆震的轉變，Shchelkin螺紋的螺距為預爆管內徑的1. 5倍，螺旋直徑為預爆管內徑的0. 2倍，螺旋升角為50°度。如圖3所示，主爆震室包括吸氣喇叭噴管13、轉接頭14、主爆震形成室15和收斂噴管16。轉接頭為90°轉折的圓管結構；主爆震形成室15由同軸連接的兩級圓管組成， 第二級圓管的內徑比第一級圓管的內徑大9mm，第一級圓管15-1后端為收斂形，收斂角為 8°，第二級圓管15-2前端為擴張形，擴張角為8°，第一級圓管15-1后端的收斂段和第二級圓管15-2前端的擴張段間隙嵌套在一起，并且在嵌套間隙中焊接連接桿將第一級圓管與第二級圓管固定連接，第二級圓管15-2的軸向長度比第一級圓管15-1的軸向長度短 100mm。在第一級圓管15-1管壁側壁開有兩個對稱的輸油孔，在輸油孔內側安裝有噴油嘴安裝座，噴油嘴安裝座上固定安裝有噴油嘴4-2，用于向主爆震形成室內噴注燃油，噴油嘴出油口方向與第一級圓管的軸線方向有15°的夾角，且噴油嘴出油口朝向第二級圓管，以免燃油碰到壁面，造成燃料的浪費。轉接頭14 一端與吸氣喇叭噴管13的小口徑端采用連接法蘭密封同軸固定連接， 轉接頭另一端與主爆震形成室第一級圓管15-1前端進口采用連接法蘭密封同軸固定連接，轉接頭14內徑與與主爆震形成室第一級圓管15-1的內徑相同；主爆震形成室第二級圓管后端出口與收斂噴管16的大口徑端采用連接法蘭密封同軸固定連接。這里采用吸氣喇叭噴管13通過轉接頭垂直于主爆震形成室安裝，相比于直圓管可以引射到更多的空氣，并且可以有效預防主爆震室內混合物的反傳。主爆震形成室第一級圓管15-1的內徑是預爆
7管內徑的2倍。預爆管從轉接頭連接吸氣喇叭噴管的一側管壁插入，并與轉接頭密封焊接固定， 預爆管中心軸線與主爆震形成室中心軸線共線，且預爆管出口位于第一級圓管管道內，并處于噴油嘴出油口方向背側。本實施例其工作時，燃油經燃料入口 1，通過噴油嘴4-1噴入預爆管頭部7，與此同時氧化劑經氧化劑入口 2進入預爆管頭部7，燃料和氧化劑摻混之后，火花塞5開始點火。 燃料混合物燃燒后在爆震形成段8中發生爆燃向爆震轉變過程，最終形成爆震波。爆震波經由預爆管傳播段10傳出。預爆管中高溫高壓產物排出末端出口時，利用吸氣喇叭噴管13，會將周圍大量的新鮮空氣吸入到主爆震形成室的第一級圓管15-1內，空氣通過吸氣喇叭噴管引射空氣入口 11-1進入。燃油通過主爆震室的兩個燃料入口 12進入到主爆震室的第一級圓管15-1 內，與引射進來的空氣進行摻混。另有少部分空氣通過主爆震形成室第一級圓管15-1和第二級圓管15-2中間的縫隙進入到主爆震室的第二級圓管15-2內，為其補充氧化劑。通過預爆管排出的高溫高壓氣體將主爆震形成室內的混合物點燃，在主爆震室15內再次形成爆震，從而產生很大的推力，大大提高了發動機的性能。
權利要求
1.一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，包括預爆管和主爆震室，其特征在于 主爆震室包括吸氣喇叭噴管、轉接頭、主爆震形成室和收斂噴管；轉接頭為90°轉折的圓管結構；主爆震形成室由同軸連接的兩級圓管組成，第二級圓管的內徑比第一級圓管的內徑大，第一級圓管后端為收斂形，第二級圓管前端為擴張形，第一級圓管后端收斂角與第二級圓管前端擴張角相同，第一級圓管后端的收斂段和第二級圓管前端的擴張段間隙嵌套在一起，并且在嵌套間隙中采用連接桿將第一級圓管與第二級圓管固定連接；在第一級圓管管壁側壁開有輸油孔，在輸油孔內側安裝有噴油嘴；轉接頭一端與吸氣喇叭噴管的小口徑端密封同軸固定連接，轉接頭另一端與主爆震形成室第一級圓管前端進口密封同軸固定連接，主爆震形成室第二級圓管后端出口與收斂噴管大口徑端密封同軸固定連接；預爆管從轉接頭連接吸氣喇叭噴管的一側管壁插入，并與轉接頭密封固定連接，預爆管中心軸線與主爆震形成室中心軸線共線，且預爆管出口位于第一級圓管管道內，并處于噴油嘴出油口方向背側。
2.根據權利要求1所述的一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，其特征在于 主爆震形成室第二級圓管的內徑比第一級圓管的內徑大8mm-10mm。
3.根據權利要求1或2所述的一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，其特征在于主爆震形成室第一級圓管后端收斂段的收斂角為5° -10°，第二級圓管前端擴張段的收斂角為5° -10°。
4.根據權利要求1或2所述的一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，其特征在于主爆震形成室輸油孔內側噴油嘴出油口方向與第一級圓管軸線方向有5° -15°的夾角，且噴油嘴出油口朝向第二級圓管。
5.根據權利要求2所述的一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，其特征在于 主爆震形成室第二級圓管的軸向長度比第一級圓管的軸向長度短50mm 100mm。
6.根據權利要求1所述的一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，其特征在于 主爆震形成室第一級圓管主體內徑是預爆管內徑的2倍。
全文摘要
本發明提出了一種二次爆震的吸氣式組合脈沖爆震發動機，包括預爆管和主爆震室，主爆震室包括吸氣喇叭噴管、轉接頭、主爆震形成室和收斂噴管；轉接頭為90°轉折的圓管結構；主爆震形成室由同軸連接的兩級圓管組成；轉接頭兩端與吸氣喇叭噴管和主爆震形成室第一級圓管固定連接；預爆管從轉接頭連接吸氣喇叭噴管的一側管壁插入。本發明利用預爆管排出的高溫高壓產物，可以有效地將外界新鮮空氣引射到主爆震形成室內；吸氣喇叭噴管通過轉接頭與主爆震形成室連接，可以有效預防回火反傳，并增加引射的空氣量；主爆震形成室第一級圓管與第二級圓管之間有縫隙，外界空氣通過縫隙進入到主爆震形成室中，增加了主爆震室后端氧化劑的填充量。
文檔編號F02K9/62GK102434317SQ20111034733
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月4日 優先權日2011年11月4日
發明者嚴宇, 朱旭東, 穆楊, 范瑋, 高瞻 申請人:西北工業大學