本發明涉及一種動力機械，特別是一種脈沖預引爆可穩定工作的爆震發動機，屬于航空動力技術領域。

背景技術：

脈沖爆震發動機(pde)在燃燒室內直接利用爆震燃燒產生的爆震波來壓縮氣體，進而產生動力。與傳統發動機相比，脈沖爆震發動機省去了壓氣機、渦輪機等部件，具有結構簡單、推重比高、成本低廉等特點。未來無論是火箭、導彈，還是空天飛機都可以使用脈沖爆震發動機，它也被認為是21世紀最有潛力的空天動力項目。

pde的基本工作步驟包括四個步：第一步，把爆震燃燒室充滿可爆混合物，第二步，在燃燒室的開口或閉口端激發爆震波；第三步，將爆震波在燃燒室內傳播，并在開口端排出；第四步，把燃燒產物通過一個清空過程從燃燒室中排出。pde具有以下優點：結構簡單（無渦輪等旋轉部件）、尺寸小（不大于2米）、適用范圍廣、成本低、可在零速度下使用、燃燒效率高、高速性能優越。據估計，pde的推重比可達20，馬赫數范圍0~10（吸氣式為0~3或5），飛行高度范圍0~50km，推力范圍0.5kg~50000kg，耗油率小于1kg/kg*h。脈沖爆震發動機沒有容易損壞的旋轉部件，因此結構更簡單、維護更容易。此外，pde可采用現有材料和用現有工藝生產。預計，pde的成本可比超音速渦輪發動機價格便宜75%。pde是目前惟一一種能以雙模式工作的發動機概念，它可以吸氣式和火箭式兩種模式工作。例如在m數0~3和更高的范圍內以有效的吸氣式推進，然后以脈沖爆震火箭模式工作。因此，pde是未來軍用和航空航天運輸領域有前途的新概念發動機。

技術難點

盡管pde的概念在實驗室已得到了驗證，但還有以下技術問題需要解決：

1）爆震的起爆、控制和保持快速并可靠地起爆是使pde獲得實用的最重要問題之一，因為高的工作頻率和反復的點火次數是pde正常工作的基本要求。利用爆燃向爆震轉變（ddt）過程是近期pde研究的最佳方案。由于這些數據是在濃度均勻、無溫度梯度的混合物中單次爆震的結果，與多次爆震的情況幾乎完全不同。另外，實際pde的工作頻率很高，混氣流速很快，低頻下的結果很難作為高頻下的設計依據。因此，要發展pde，還必須進行大量試驗，解決起爆難題。包括起爆能量、ddt方法、ddt的強化、爆震從受限環境向非受限環境的過渡等；

2）液體燃料與氧化劑的霧化、噴射、摻混。對于燃用液體燃料的pde來說，燃料的噴射、摻混和點火相當困難。具有快速反應、高質量流率和有高度可控性的噴射系統對滿足pde的高頻運行十分重要。噴射系統必須滿足成本、重量、體積和功率等方面的要求。因此，應研究與氣體和液體燃料噴射、摻混有關的物理、化學和熱力特性；

3）作用于pde爆震室末端的封閉壁（推力壁）上的爆震壓力使化學能轉化為動能。pde需要起爆和流動控制的輔助動力系統，并且還可能包括用于特殊用途的動力提取系統。此外，pde還需要設計快速動作、具有飛行重量的推進閥與燃料閥和控制系統部件，以及先進的燃燒控制系統、有效的進口與噴管、考慮系統特殊零件綜合設計方案；

4）由于推力不穩定，實際應用的pde需要采用高頻（大于80赫茲）的多管結構，而多管爆震燃燒室間存在動力耦合的問題；

5）冷卻問題。爆震波后熱燃氣的速度極高，引起管壁熱量的增加，因此必須采取高效的冷卻措施；

6）爆震燃燒時會產生強烈的震動和巨大的噪音。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種脈沖預引爆可穩定工作的爆震發動機，其結構簡單，利用預引燃機制實現脈沖爆震發動機的穩定工作。

本發明由預引爆燃燒管（1）、螺旋葉片（2）、燃料空氣預混室（3）、進氣口（4）、燃料噴注頭（5）、單向膜預引爆燃燒管前端固定架（6）、預引爆燃燒管進氣門（7）、預引爆燃燒管進氣口（8）、燃料空氣預混室外殼（9）、負極增壓基垛（10）、絕緣管（11）、負極點火金屬條（12）、正極轉動增壓基垛（13）、預混室內螺旋導流條（14）、預引爆燃燒管外螺旋導流條（15）、預引爆燃燒管螺旋葉片轉軸（16）、預引爆燃燒管后端固定架（17）、燃氣噴口（18）、高壓點火控制ecu（19）、高壓靜電發生器（20）、電源（21）、爆震噴管（22）、保護電容（23）構成。

本發明所采用的技術方案是：在燃料空氣預混室（3）內置入預引爆燃燒管（1），并設有單向膜預引爆燃燒管前端固定架，用于固定預引爆燃燒管（1），單向膜預引爆燃燒管固定架（3）設有單向膜（24），防止氣流反流，該預引爆燃燒管（1）前端設有預引爆燃燒管進氣口（8），預引爆燃燒管進氣口（8）外側設有預引爆燃燒管進氣門（7），該預引爆燃燒管進氣門（7）通過轉動實現預引爆燃燒管進氣口（8）的開啟與關閉，預引爆燃燒管進氣門（7）焊接預引爆燃燒管螺旋葉片轉軸（16），該轉軸設有螺旋葉片（2），在預引爆燃燒管螺旋葉片轉軸（16）的螺旋葉片（2）中段上焊接條狀的正極轉動增壓基垛（13），該條狀正極轉動增壓基垛（13）的形狀為螺旋狀，螺旋結構與螺旋葉片（2）相同，預引爆燃燒管螺旋葉片轉軸（16）的連接高壓靜電發生器（20）的高壓輸出端，高壓靜電發生器（20）連接高壓點火控制ecu（19），用于控制高壓電點火頻率和電壓，使得正極轉動增壓基垛（13）帶高壓靜電，與正極轉動增壓基垛（13）相對應的位置也同樣設有螺旋狀的負極增壓基垛（10），該負極增壓基垛（10）為耐高溫絕緣材料，嵌入固定在預引爆燃燒管（1）內壁內，在負極增壓基垛（10）曲面的頂端嵌入有螺旋條狀的負極點火金屬條（12），該負極點火金屬條（12）與負極增壓基垛（10）通過絕緣管（11）將負極導線引出，該負極導線串接一個電容（23）后連接電源（21）負極，電容與電源并聯，預引爆燃燒管（1）設置有預引爆燃燒管外螺旋導流條（15），預引爆燃燒管（1）通過單向膜預引爆燃燒管前端固定架（6）和預引爆燃燒管后端固定架（17）固定于燃料空氣預混室（3）腔體內，該預引爆燃燒管（1）的外徑小于燃料空氣預混室（3）內徑的1/2，燃料空氣預混室（3）腔體內壁設置有預混室內螺旋導流條（14），燃料空氣預混室（3）的后端為爆震噴管（22），燃料空氣預混室（3）的頂端設置有燃料噴注頭（5），燃料空氣預混室外殼（9）的前端設有圓形進氣口（4）。

單向膜預引爆燃燒管固定架（3）上設有花瓣狀單向膜（24），該單向膜采用具有韌性的金屬膜構成。

工作原理：在燃料空氣預混室（3）內置入預引爆燃燒管（1），其作用是用于引爆，在燃料空氣預混室（3）內置入預引爆燃燒管（1），并設有單向膜預引爆燃燒管前端固定架，用于固定預引爆燃燒管（1），單向膜預引爆燃燒管固定架（3）設有單向膜（24），防止氣流反流，該預引爆燃燒管（1）前端設有預引爆燃燒管進氣口（8），來流空氣與燃料進行混合之后，屬于濃混合氣，通過預引爆燃燒管進氣口（8）外側設有預引爆燃燒管進氣門（7）進入到預引爆燃燒管（1）在腔體內（參見圖1a—a），預引爆燃燒管進氣門（7）通過轉動實現預引爆燃燒管進氣口（8）的開關閉，預引爆燃燒管螺旋葉片轉軸（16），該轉軸設有螺旋葉片（2），旋轉的過程中推動可爆混合氣向下流動，在預引爆燃燒管螺旋葉片轉軸（16）的螺旋葉片（2）中段上焊接條狀的正極轉動增壓基垛（13），該條狀正極轉動增壓基垛（13）的形狀為螺旋狀，螺旋結構與螺旋葉片（2）相同，預引爆燃燒管螺旋葉片轉軸（16）的連接高壓靜電發生器（20）的高壓輸出端，高壓靜電發生器（20）連接高壓點火控制ecu（19），用于控制高壓電點火頻率和電壓，使得正極轉動增壓基垛（13）帶高壓靜電，與正極轉動增壓基垛（13）相對應的位置也同樣設有螺旋狀的負極增壓基垛（10），該負極增壓基垛（10）為耐高溫絕緣材料，嵌入固定在預引爆燃燒管（1）內壁內，在負極增壓基垛（10）曲面的頂端嵌入有螺旋條狀的負極點火金屬條（12），該負極點火金屬條（12）與負極增壓基垛（10）通過絕緣管（11）將負極導線引出，該負極導線連接電源（21）負極，這樣正負極之間通過轉動（參見圖1b—b），在靠最近的地方發生放電，點燃混合氣，燃燒中氣體從燃氣噴口；與此同時，燃料空氣預混室外殼（9）的前端設有圓形進氣口（4），來流空氣進入進氣口之后，與燃料空氣預混室（3）的頂端設置的燃料噴注頭（5）噴出的霧化液體燃料進行初步混合，氣流撞擊預引爆燃燒管進氣門（7）之后進行分流，再次撞擊單向膜預引爆燃燒管前端固定架（6）形成亂流，進一步對混合氣進行混合，氣體進入燃料空氣預混室（內），由于預引爆燃燒管（1）設置有預引爆燃燒管外螺旋導流條（15），預引爆燃燒管（1）通過單向膜預引爆燃燒管前端固定架（6）和預引爆燃燒管后端固定架（17）固定于燃料空氣預混室（3）腔體內，該預引爆燃燒管（1）的外徑小于燃料空氣預混室（3）燃料空氣預混室（3）腔體內壁設置有預混室內螺旋導流條（14），這樣的結構引導混亂的氣流構成渦旋可爆混合氣流，該氣流在穿過預引爆燃燒管后端固定架（17）再次被擾動，這一過程使得來流空氣與霧化燃料進行了充分的混合，并構成了渦旋氣流，在預引爆燃燒管（1）的尾端進行會合，與此同時，燃氣噴口（18）中噴出的燃燒中氣體噴射到匯合點，在爆震噴管（22）的前端引爆已混合充分的可爆混合氣，產生暴震，爆震波在爆震噴管（22）內傳播做工，燃燒后的氣體從爆震噴管（22）尾端排出，這樣就構成一個完整的周期。

該發明相對于過去的爆震發動機而言，具有如下特點

1）在整個工作過程中，直接利用預引爆燃燒管（1）內燃燒氣體的流動迫使螺旋葉片（2）轉動，來實現預引爆燃燒管進氣門（7）的開啟關閉，因此無需增加額外的傳動機構，大大簡化了結構；

2）螺旋葉片（2）每轉動一圈，點火一次，與此同時，預引爆燃燒管進氣門（7）的開啟一次，在點火的時候，通過正極轉動增壓基垛（13）與負極增壓基垛（10）曲面的頂端嵌入有螺旋條狀的負極點火金屬條（12）實現點火，直接通過彼此之間的距離來下實現點火，使得點火是在高頻條件下可控，更重要的是高壓靜電發生器（20）連接高壓點火控制ecu（19），可以控制高壓電點火頻率和電壓，這種設計使得點火變得可控；

3）預混室內螺旋導流條（14）與預引爆燃燒管外螺旋導流條（15）使得可爆混合氣能夠充分混合并形成渦旋氣流，并在匯聚點被燃燒中的氣流點燃，發生爆震。燃燒中的氣體從燃氣噴口（18）中噴出，具有極高的溫度，相比電子點火的點火能量要高幾個數量級，確保可爆混合氣萬無一失發生爆震，從工作原理上解決了脈沖爆震發動機穩定不工作的世紀難題；

4）為了減少耗能，可采用一個耐高壓的大電容c吸收高壓脈沖電流，然后放電給電源（21），回收電能。

本發明的有益效果是:（1）能夠解決爆震的起爆、控制和快速保持；（2）能夠實現液體燃料與氧化劑的霧化、噴射、摻混；（3）可以產生穩定推力，并可以實現高頻（大于80赫茲）工作。但對于冷卻問題和爆震燃燒時會產生強烈的震動和巨大的噪音有待于進一步解決。該發明同時解決了脈沖爆震發動機的所面臨的主要困難，具有良好的市場前景。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的整體工作示意圖。

圖1-2中：1.預引爆燃燒管，2.螺旋葉片，3.燃料空氣預混室，4.進氣口，5.燃料噴注頭，6.單向膜預引爆燃燒管前端固定架，7.預引爆燃燒管進氣門，8.預引爆燃燒管進氣口，9.燃料空氣預混室外殼，10.增壓基垛，11.絕緣管，12.負極點火金屬條，13.正極轉動增壓基垛，14.預混室內螺旋導流條，15.預引爆燃燒管外螺旋導流條，16.預引爆燃燒管螺旋葉片轉軸，17.預引爆燃燒管后端固定架，18.燃氣噴口，19.高壓點火控制ecu，20.高壓靜電發生器，21.電源，22.爆震噴管，23.電容，24.單向膜。

具體實施方式

下面結合附圖1和實施例對本發明作進一步說明。

在燃料空氣預混室（3）內置入預引爆燃燒管（1），在燃料空氣預混室（3）內置入預引爆燃燒管（1），并設有單向膜預引爆燃燒管前端固定架，用于固定預引爆燃燒管（1），單向膜預引爆燃燒管固定架（3）設有單向膜（24），防止氣流反流，該預引爆燃燒管（1）前端設有預引爆燃燒管進氣口（8），預引爆燃燒管進氣口（8）外側設有預引爆燃燒管進氣門（7），該預引爆燃燒管進氣門（7）通過轉動實現預引爆燃燒管進氣口（8）的開啟與關閉，預引爆燃燒管進氣門（7）焊接預引爆燃燒管螺旋葉片轉軸（16），該轉軸設有螺旋葉片（2），在預引爆燃燒管螺旋葉片轉軸（16）的螺旋葉片（2）中段上焊接條狀的正極轉動增壓基垛（13），該條狀正極轉動增壓基垛（13）的形狀為螺旋狀，螺旋結構與螺旋葉片（2）相同，預引爆燃燒管螺旋葉片轉軸（16）的連接高壓靜電發生器（20）的高壓輸出端，高壓靜電發生器（20）連接高壓點火控制ecu（19），用于控制高壓電點火頻率和電壓，使得正極轉動增壓基垛（13）帶高壓靜電，與正極轉動增壓基垛（13）相對應的位置也同樣設有螺旋狀的負極增壓基垛（10），該負極增壓基垛（10）為耐高溫絕緣材料，具體可以選用陶瓷材料，嵌入固定在預引爆燃燒管（1）內壁內，在負極增壓基垛（10）曲面的頂端嵌入有螺旋條狀的負極點火金屬條（12），該負極點火金屬條（12）與負極增壓基垛（10）通過絕緣管（11）將負極導線引出，該負極導線串接一個電容（23）后連接電源（21）負極，電容與電源并聯，預引爆燃燒管（1）設置有預引爆燃燒管外螺旋導流條（15），預引爆燃燒管（1）通過單向膜預引爆燃燒管前端固定架（6）和預引爆燃燒管后端固定架（17）固定于燃料空氣預混室（3）腔體內，該預引爆燃燒管（1）的外徑小于燃料空氣預混室（3）內徑的1/2，燃料空氣預混室（3）腔體內壁設置有預混室內螺旋導流條（14），燃料空氣預混室（3）的后端為爆震噴管（22），燃料空氣預混室（3）的頂端設置有燃料噴注頭（5），燃料空氣預混室外殼（9）的前端設有圓形進氣口（4）。