本發明涉及一種動力機械，特別是一種爆震波前高壓電等離子氣接力耦合點火爆震發動機，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具有結構簡單（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。但存在如下技術難點沒有解決

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）pde輔助系統的設計。實際應用的pde應包括幾個爆震室，它們與共同的進氣道和噴管相連，而且實際應用pde系統還包括增壓燃油儲存和供應系統、燃油/空氣噴射系統和起爆系統以及推進劑噴射系統。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）爆震現象的精確理論分析；7）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爆震波前高壓電等離子氣接力耦合點火爆震發動機，其結構簡單，利用爆震波前高壓電等離子氣接力耦合點火機制實現脈沖爆震發動機的穩定工作。

本發明由預混室內螺旋導流條（4）、預引爆燃燒管外螺旋導流條（5）、高壓點火頭b（6）、預引爆燃燒管（7）、高壓點火頭c（8）、高壓點火頭d（9）、上等離子導流管（10-1）、下等離子導流管（10-2）、點火頭b高壓點火線（11）、點火頭c高壓點火線（12）、點火頭c高壓點火線（13）、環面磁極板（14）、磁場線圈（15）、爆震噴管（16）、電流控制器（17）、高壓點火-噴油控制ecu（19）、燃料空氣預混室（22）、預引爆燃燒管進氣口（23）、風速傳感器（25）、高壓噴油泵（26）構成；

本發明所采用的技術方案是：在燃料空氣預混室（22）頂端設置有進氣口（1），進氣口的中心位置設有燃料噴柱頭（2），燃料空氣預混室（22）腔體內壁設置有預混室內螺旋導流條（4），燃料空氣預混室（22）的后端為爆震噴管（16），在燃料空氣預混室（22）內置入預引爆燃燒管（7），并在預引爆燃燒管（7）前端設有預引爆燃燒管進氣口（23），預引爆燃燒管（7）通過單向膜預引爆燃燒管固定架（3）固定于燃料空氣預混室（22）腔體內，單向膜預引爆燃燒管固定架（3）設有單向膜，防止氣流反流，預引爆燃燒管（7）設置有預引爆燃燒管外螺旋導流條（5），預引爆燃燒管（7）的外徑小于燃料空氣預混室（22）內徑的1/3，預引爆燃燒管（7）的長度大于l，預引爆燃燒管（7）內的前端b點位置設置連接點火頭b（6），并連點火頭b高壓點火線（11），預引爆燃燒管（7）內后端c點位置設置連接點火頭c（8），并連接點火頭c高壓點火線（12），bc兩點的間距為l，在燃料空氣預混室（22）內，預引爆燃燒管（7）外后端氣流混合交匯處d的位置，設置有高壓點火頭d（9），并連接點火頭d高壓點火線（13），cd兩點的間距為l，在燃料空氣預混室（22）的尾端與爆震噴管（16）之間的位置設置有上等離子導流管（10-1）和下等離子導流管（10-2），均具有圓環形管結構，上等離子導流管（10-1）與爆震噴管（16）與外壁連通，并有e1和e2兩個連通口（參見圖1），同樣，下等離子導流管（10-2）與爆震噴管（16）與外壁連通，并有f1和f2兩個連通口，e1與e2的間距為l，f1與f2的間距也為l，d點與e1與f1的連線的垂線間距為l，整個爆震噴管（16）e-f段由環面磁極板（14）構成爆震噴管管壁（參見圖2），磁力線穿透爆震噴管（16）e-f段，在爆震噴管（16）e-f段內部構成穩定的磁場，環面磁極板（14）具有u形磁鐵結構，在環面磁極板（14）的頂端設置有磁場線圈（15），磁場線圈一端接地，另一端連接電流控制器（17），點火頭b高壓點火線（11）、點火頭c高壓點火線（12）、點火頭c高壓點火線（13）均連接高壓靜電發生器（18），高壓點火-噴油控制ecu（19）；風速傳感器（25）信號線連接高壓點火-噴油控制ecu（19），高壓點火-噴油控制ecu（19）控制線連接高壓噴油泵（26）。

爆震噴管（16）e-f段由環面磁極板（14）構成爆震噴管管壁，為耐高溫鐵磁材料，左右兩側環面磁極板（14）之間嵌入非磁性陶瓷材料，環面磁極板（14）具有u形磁鐵結構，在環面磁極板（14）的頂端設置有磁場線圈（15），磁場線圈一端接地，另一端連接電流控制器（17）。

工作原理：在燃料空氣預混室（22）頂端設置有進氣口（1），進氣口的中心位置設有燃料噴柱頭（2），來流空氣穿過單向膜預引爆燃燒管固定架（3）進入燃料空氣預混室（22）之后，和燃料進行混合，形成非均勻可爆混合氣，單向膜預引爆燃燒管固定架（3）設有單向膜，防止氣流反流，氣流分兩部分：一部分流入預引爆燃燒管（7）內，由于預引爆燃燒管（7）內置于燃料空氣預混室（22）內，預引爆燃燒管（7）前端有預引爆燃燒管進氣口（23），燃料噴柱頭（2）直接對著預引爆燃燒管進氣口（23），因而預引爆燃燒管（7）進入的是濃可爆混合氣，而濃可爆混合氣是很容易點燃的，存在的缺陷是無法充分燃燒，但進入預引爆燃燒管（7）內的濃可爆混合氣，在b點高壓點火頭b（6）點燃，氣體爆炸燃燒并向后運動，構成一個微小的高壓脈沖爆震波，這個高壓脈沖爆震波的波前以音速v傳播，這個傳播速度v在預引爆燃燒管（7）內是不變的，考慮到氣體的流速δv，該高壓脈沖爆震波波前的速度v=v+δv，滿足l=vt，高壓點火-噴油控制ecu（19）根據風速傳感器可以知道δv，于是可以精確計算t=l/v，這樣就可以在高壓脈沖爆震波前到達點火頭c（8）這時刻進行點火，bc兩點的間距為l，沒有充分燃燒的可爆混合氣體再次被點燃，實現第一級接力耦合點火，燃燒中的氣體從預引爆燃燒管（7）噴出，到達d位置；與此同時，另一部分可爆混合氣在氣體燃料空氣預混室（22）內，預引爆燃燒管（7）之外流動，由于腔體內壁設置有預混室內螺旋導流條（4），預引爆燃燒管（7）設置有預引爆燃燒管外螺旋導流條（5），預引爆燃燒管（7）的外徑小于燃料空氣預混室（22）內徑的1/3，預引爆燃燒管（7）的長度大于l，在燃料空氣預混室（22）內，預引爆燃燒管（7）外后端氣流混合交匯處d的位置，在高壓脈沖爆震波波前到達高壓點火頭d（9）的時候，高壓點火、噴油控制ecu控制高壓點火頭d（9）進行點火，cd兩點的間距為l，實現第二級接力耦合點火，在這過程中，產生更強烈的高壓脈沖爆震波，火焰溫度極高，部分燃燒氣體形成高速流動的等離子氣體流經e-f段。考慮在燃料空氣預混室（22）的尾端與爆震噴管（16）之間的位置設置有上等離子導流管（10-1）和下等離子導流管（10-2），均具有圓環形管結構，上等離子導流管（10-1）與爆震噴管（16）與外壁連通，并有e1和e2兩個連通口（參見圖1），同樣，下等離子導流管（10-2）與爆震噴管（16）與外壁連通，并有f1和f2兩個連通口，e1與e2的間距為l，f1與f2的間距也為l，d點與e1與f1的連線的垂線間距為l，整個爆震噴管（16）e-f段放置在環面磁極板（14）內（參見圖2），磁力線穿透爆震噴管（16）e-f段，在爆震噴管（16）e-f段內部構成穩定的磁場，環面磁極板（14）具有u形磁鐵結構，在環面磁極板（14）的頂端設置有磁場線圈（15），磁場線圈連接電流控制器（17），控制磁場的強弱。當等離子氣體流經e-f段時，在磁場中受到洛倫茲力的作用，發生偏轉，于是帶正電的氣體粒子以帶負電的氣體粒子發生偏轉的方向相反，按圖1所示，帶正電的等離子氣體進入到下等離子導流管（10-2）內；帶負電的等離子氣體進入到上等離子導流管（10-1）內，在經過幾個周期的工作之后，等離子導流管（10-1）內裝滿了等離子氣體。當脈沖爆震波波前到達e1和f1兩個連通口時，對兩個等離子導流管（10）造成強烈的沖擊，沖擊波迫使正負等離子氣體分別從e2和f2兩個連通口中噴出，由于是高溫等帶異性電荷的離子氣體相遇，發生強烈放電，再次對沒有燃燒的可爆混合氣進行再次點火，而這種點火能量是巨大的，實現了第三級接力耦合點火，每次點火都在脈沖爆震波波前位置，使得可爆混合氣充分燃燒，這一過程使得一個微小的脈沖爆震波在經過三級接力耦合點火之后，能量不斷放大，最后達到最強，從燃氣噴口（24）中噴出。

脈沖爆震波進行放大原理：風速傳感器（25）把風速信號傳遞給高壓點火-噴油控制ecu（19），于是可以計算出脈沖爆震波波前傳播l的時間間隔t，在2t時刻，發出高壓脈沖，使得高壓點火頭c（9）進行點火，在3t時刻，發出高壓脈沖，使得高壓點火頭d再次進行接力耦合點火，通過這樣順序點火，就可以精確實現在不同風速條件下脈沖爆震波的逐級放大，利用爆震波的傳播效應，使得等離子導流管（10）噴出異性電荷等離子氣體，實現對可爆混合氣的完全燃燒，對脈沖爆震波進行最后的放大；

功率控制原理：對于燃油供給是通過高壓點火-噴油控制ecu（19）控制高壓噴油泵（26）進行控制的，通過第一次噴油這時間t0為基點，每隔一個時間t間隔發出一個高壓點火脈沖。因此，在某一個時間段t中有n個t0時間基點，即n/t就構成噴油頻率，這樣通過控制噴油頻率，我們就可以實現功率的調整。

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，可以對脈沖爆震波進行逐級放大；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，并可以實現低頻至高頻的連續工作；4）可以實現脈沖爆震發動機功率的調整。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為本發明的結構原理示意圖；

圖2為環面磁極板結構示意圖。

圖1-2中：1、進氣口，2、燃料噴注頭，3、單向膜預引爆燃燒管固定架，4、預混室內螺旋導流條，5、預引爆燃燒管外螺旋導流條，6、高壓點火頭b，7、預引爆燃燒管，8、高壓點火頭c，9、高壓點火頭d，10-1、上等離子導流管，10-2、下等離子導流管，11、點火頭b高壓點火線，12、點火頭c高壓點火線，13、點火頭c高壓點火線，14、環面磁極板，15、磁場線圈，16、爆震噴管，17、電流控制器，18、高壓靜電發生器，19、高壓點火-噴油控制ecu，20、電源，21、電容，22、燃料空氣預混室，23、預引爆燃燒管進氣口，24、燃氣噴口，25、風速傳感器，26、高壓噴油泵。

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。

本發明由預混室內螺旋導流條（4）、預引爆燃燒管外螺旋導流條（5）、高壓點火頭b（6）、預引爆燃燒管（7）、高壓點火頭c（8）、高壓點火頭d（9）、上等離子導流管（10-1）、下等離子導流管（10-2）、點火頭b高壓點火線（11）、點火頭c高壓點火線（12）、點火頭c高壓點火線（13）、環面磁極板（14）、磁場線圈（15）、爆震噴管（16）、電流控制器（17）、高壓點火-噴油控制ecu（19）、燃料空氣預混室（22）、預引爆燃燒管進氣口（23）、風速傳感器（25）、高壓噴油泵（26）構成；

本發明所采用的技術方案是：在燃料空氣預混室（22）頂端設置有進氣口（1），進氣口的中心位置設有燃料噴柱頭（2），燃料空氣預混室（22）腔體內壁設置有預混室內螺旋導流條（4），燃料空氣預混室（22）的后端為爆震噴管（16），在燃料空氣預混室（22）內置入預引爆燃燒管（7），并在預引爆燃燒管（7）前端設有預引爆燃燒管進氣口（23），預引爆燃燒管（7）通過單向膜預引爆燃燒管固定架（3）固定于燃料空氣預混室（22）腔體內，單向膜預引爆燃燒管固定架（3）設有單向膜，防止氣流反流，預引爆燃燒管（7）設置有預引爆燃燒管外螺旋導流條（5），預引爆燃燒管（7）的外徑小于燃料空氣預混室（22）內徑的1/3，預引爆燃燒管（7）的長度大于l，預引爆燃燒管（7）內的前端b點位置設置連接點火頭b（6），并連點火頭b高壓點火線（11），預引爆燃燒管（7）內后端c點位置設置連接點火頭c（8），并連接點火頭c高壓點火線（12），bc兩點的間距為l，在燃料空氣預混室（22）內，預引爆燃燒管（7）外后端氣流混合交匯處d的位置，設置有高壓點火頭d（9），并連接點火頭d高壓點火線（13），cd兩點的間距為l，在燃料空氣預混室（22）的尾端與爆震噴管（16）之間的位置設置有上等離子導流管（10-1）和下等離子導流管（10-2），均具有圓環形管結構，上等離子導流管（10-1）與爆震噴管（16）與外壁連通，并有e1和e2兩個連通口（參見圖1），同樣，下等離子導流管（10-2）與爆震噴管（16）與外壁連通，并有f1和f2兩個連通口，e1與e2的間距為l，f1與f2的間距也為l，d點與e1與f1的連線的垂線間距為l，整個爆震噴管（16）e-f段放置在環面磁極板（14）內（參見圖2），磁力線穿透爆震噴管（16）e-f段，在爆震噴管（16）e-f段內部構成穩定的磁場，環面磁極板（14）具有u形磁鐵結構，在環面磁極板（14）的頂端設置有磁場線圈（15），磁場線圈一端接地，另一端連接電流控制器（17），點火頭b高壓點火線（11）、點火頭c高壓點火線（12）、點火頭c高壓點火線（13）均連接高壓靜電發生器（18），高壓點火-噴油控制ecu（19）；風速傳感器（25）信號線連接高壓點火-噴油控制ecu（19），高壓點火-噴油控制ecu（19）控制線連接高壓噴油泵（26）。

爆震噴管（16）e-f段由環面磁極板（14）構成爆震噴管管壁，為耐高溫鐵磁材料，左右兩側環面磁極板（14）之間嵌入非磁性陶瓷材料，環面磁極板（14）具有u形磁鐵結構，在環面磁極板（14）的頂端設置有磁場線圈（15），磁場線圈一端接地，另一端連接電流控制器（17）。