一種回流式脈沖爆震燃燒室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種回流式脈沖爆震燃燒室，包括擴壓機匣、燃燒室外機匣、燃燒室內(nèi)機匣、燃燒室頭部機匣、渦流導向器、噴油噴嘴、電火花、燃氣整形室、J型回流爆震管和Shchelkin螺紋增強裝置。J型回流脈沖爆震管頭部進氣混合段上設(shè)有軸向主進氣孔和徑向輔進氣孔，進氣混合段通過點火座與燃燒室外機匣相連；尾部排氣彎段固定在燃燒室內(nèi)機匣上的安裝孔與燃氣整形室相連，渦輪導向器安裝在燃氣整形室之后。本發(fā)明通過排氣彎段可縮短爆震室軸向距離，利用燃燒室內(nèi)外套間的容積減小爆震回傳的影響，并利用排氣彎段預熱空氣使可燃物混合更加充分，使爆震燃燒更易組織。
【專利說明】
一種回流式脈沖爆震燃燒室
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種回流式脈沖爆震燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖爆震發(fā)動機(pulsedetonat1n engine,F1DC)是利用周期性的爆震波產(chǎn)生的高溫高壓燃氣來產(chǎn)生推力的新概念發(fā)動機，這種發(fā)動機因為具有循環(huán)熱效率高，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點而受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。根據(jù)其是否自帶氧化劑，脈沖爆震發(fā)動機可在吸氣式和火箭式兩種模式下工作.吸氣式脈沖爆震發(fā)動機又分為基本型脈沖爆震發(fā)動機、脈沖爆震渦輪發(fā)動機和組合式脈沖爆震發(fā)動機.基本型脈沖爆震發(fā)動機主要由進氣道、爆震燃燒室和尾噴管組成，高溫、高速爆震燃氣從爆震燃燒室經(jīng)尾噴管后直接排出.與傳統(tǒng)發(fā)動機高溫燃氣先經(jīng)渦輪做功再經(jīng)尾噴管加速排出相比，基本型脈沖爆震發(fā)動機的熱利用率變低，大部分熱量都耗散在環(huán)境中.為了提高熱利用率，國外學者提出了脈沖爆震渦輪發(fā)動機的概念，它與基本型脈沖爆震發(fā)動機不同，主要由脈沖爆震燃燒室(PDC)、壓氣機和渦輪等組成，它可提尚發(fā)動機循環(huán)熱效率(從傳統(tǒng)等壓循環(huán)的0.27提尚到爆震循環(huán)的0.49)，提高發(fā)動機單位功率，降低耗油率;并且爆震燃燒室進出口增壓比可達6左右，從而減少高壓部件級數(shù)，甚至替代核心機，大大減輕發(fā)動機重量，提高發(fā)動機的功重比。
[0003]然而在實際應(yīng)用過程中，以碳氫燃料與空氣可爆混合物的直管爆震室存在較長的爆燃向爆震轉(zhuǎn)變(Deflagrat1n to Detonat1n Transit1n，簡稱〃DDT〃)距離，DDT長于現(xiàn)有發(fā)動機燃燒室，故渦輪與壓氣機間的軸向距離將增長，從而導致發(fā)動機整機發(fā)動過長等問題。如何有效解決爆震室軸向距離過長問題，是成功研制脈沖爆震渦輪發(fā)動機的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是:為了解決脈沖爆震燃燒室軸向距離過長難題，本發(fā)明提供一種回流式脈沖爆震燃燒室，該爆震燃燒室能夠顯著縮短壓氣機出口和渦輪進口之間的軸向距離，尤其適用于代離心壓氣機的發(fā)動機和軸向長度受嚴格限制的直升機發(fā)動機。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種回流式脈沖爆震燃燒室，包括擴壓機匣1、燃燒室外機匣2、燃燒室內(nèi)機匣3、燃燒室頭部機匣4、渦流導向器6、噴油嘴8、火花塞7;還包括燃氣整形室5、J型回流爆震管和Shchelkin螺紋增強裝置;燃燒室頭部機匣4周向均布有若干孔;若干所述J型回流爆震管置于燃燒室外機匣2和燃燒室內(nèi)機匣3之間形成的腔室內(nèi)，J型回流爆震首尾兩端的軸線相互平行且不重合;J型回流爆震管和腔室壁之間留有空隙，形成燃燒室；每一個J型回流爆震管彎曲尾部穿過燃燒室頭部機匣4上的孔與一個燃氣整形室5—側(cè)連接，燃氣整形室5另一側(cè)與渦流導向器6上游部分過盈配合，J型回流爆震管頭部與燃燒室外機匣2的出氣端相連，且頭部的尾端開有軸向主進氣孔，側(cè)壁上開有徑向輔進氣孔;J型回流爆震管內(nèi)設(shè)有Shchelkin螺紋增強裝置;所述整形室有6個單獨的圓形燃氣入口，入口后不斷擴張最終鏈接成一體呈一環(huán)形出口；高壓空氣經(jīng)過擴壓機匣I上的擴壓葉片減速擴壓后進入燃燒室外機匣2和燃燒室內(nèi)機匣3之間的腔室后，通過主進氣孔與輔進氣孔進入J型回流爆震管，同時噴油嘴8將燃油噴入主進氣孔，與空氣混合形成均勻的可爆混合物，位于噴油嘴8下游的火花塞點燃形成爆燃，經(jīng)過Shchelkin螺紋增強裝置后火焰加速轉(zhuǎn)變?yōu)楸鹑紵龔呐艢鈴澏位剞D(zhuǎn)180°后傳出爆震管，同時一部分氣體經(jīng)主輔進氣孔反向流出，減小爆震回傳對壓氣機的影響。
[0006]本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是:所述J型回流爆震管從頭部到彎曲尾部依次分為進氣混合段、起爆直段和排氣彎段;進氣混合段通過點火座與燃燒室外機匣2相連，且進氣混合段上設(shè)有軸向主進氣孔和徑向輔進氣孔，噴油噴嘴8從軸向主進氣孔伸入;尾部排氣彎段固定在燃燒室內(nèi)機匣3上，與燃氣整形室5—側(cè)相連，燃氣整形室5另一側(cè)與渦流導向器6相連;Shchelkin螺紋增強裝置位于J型回流爆震管內(nèi)起爆直段至排氣彎段中部。
[0007]本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是:當J型回流爆震管首尾兩端的軸線所在平面穿過燃燒室頭部機匣4底部的軸線時，若干所述J型回流爆震管的排氣彎段相對分布；當首尾兩端的軸線所在平面未穿過燃燒室頭部機匣4底部的軸線時，若干所述J型回流爆震管的排氣彎段交錯分布；且當所述J型回流爆震管的排氣彎段相對分布時，起爆直段與混合段之間呈10-30°的斜角。
[0008]本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是:所述J型回流爆震管進氣混合段離燃燒室外機匣(2)末端的距離為0.5-1倍的管徑，排氣彎段的彎曲半徑為2.5-3倍管徑。
[0009]本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是:所述J型回流爆震管為6個J型回流爆震管。
[0010]本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是:所述6個J型回流脈沖爆震管，能夠同時點火工作或分時點火工作。
[0011]本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是:所述Shchelkin螺紋增強裝置為實心螺旋狀結(jié)構(gòu)，焊接在點火室至排氣彎段之間。
[0012]發(fā)明效果
[0013]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:本發(fā)明提出的一種回流式脈沖爆震燃燒室，有益效果包括三個方面:首先，由于爆震成J型，相比與普通爆震管可有效縮短軸向距離。其次來流空氣首先經(jīng)過高溫的排氣彎段，可以先帶走部分熱量降低爆震管壁溫，延長爆震管使用時間，同時被加熱的空氣能有利于可燃物的混合和爆震起爆燃燒過程。此外回流脈沖爆震管與燃燒室內(nèi)外套之間形成一定空間的容積，在爆震燃燒時產(chǎn)生的回傳爆震波在傳到壓氣機前會首先在容積空間里緩沖減弱，減小爆震回傳對壓氣機的影響，從而提高爆震渦軸發(fā)動機的工作穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0014]圖1:本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖
[0015]圖2:本發(fā)明的J型回流爆震管A型的結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖3:本發(fā)明的J型回流爆震管B型的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖4:燃氣整形室和燃燒室機匣的結(jié)構(gòu)圖
[0018]圖5:實施方式一爆震管分布圖
[0019]圖6:實施方式二爆震管分布圖
[0020]圖7:燃燒整形室結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]附圖標記說明:I一擴壓機匣，2—燃燒室外機匣，3—燃燒室內(nèi)機匣，4一燃燒室頭部機匣，5—燃氣整形室，6—渦輪導向器，7—火花塞，8—燃油噴嘴，9一J型回流爆震管A，10 一進氣混合段A，11 一起爆直段A，12 一排氣彎段A型，13 一主進氣孔，14 一輔進氣孔，15 一點火孔，16—Shchelkin螺旋A，17—J型回流爆震管B，18—進氣混合段B，19 一起爆直段B，20—排氣彎段B，21—Shche Ikin螺旋B，22—點火座，23—燃油噴嘴安裝座，24—排氣彎段安裝孔。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實施實例，對本發(fā)明技術(shù)方案進一步說明。
[0023]1、參見圖1-圖7，下面結(jié)合【具體實施方式】描述本發(fā)明。本實施例中，燃氣整形室5底端為一圓盤形，一面與渦流導向器6相連接，另一面上設(shè)有6個中空凸起，且從凸起頂端至燃氣整形室5底端的內(nèi)徑逐漸增大，呈擴張型，最終連接成為一體，形成環(huán)形出口，凸起頂端為一圓形入口，J型回流爆震管與該入口相連接設(shè)有六個J型回流脈沖爆震管9，所有的爆震管的中心軸線沿圓周方向均勻分布，J型回流脈沖爆震管9由進氣混合段10、起爆直段11和排氣彎段12組成。進氣混合段離燃燒室外機匣2末端的距離為0.5-1倍管徑，混合段10上開有主進氣孔13和輔進氣孔14，主進氣孔13用于軸向進油進氣，輔進氣孔14用于徑向進氣促進可燃物的混合，距離主進氣孔1-1.5管徑處設(shè)有火花塞安裝座22，爆震管通過火花塞安裝座固定在燃燒室外機匣2上。起爆直段11與混合段10之間程10-30°的斜角，起爆直段11內(nèi)設(shè)有Shchelkin螺紋增強裝置16，Shchelkin螺紋增強裝置16—直延伸至排氣彎段12中部，用于實現(xiàn)爆燃向爆震的轉(zhuǎn)變。排氣彎段12前端與起爆直段11相連，末端固定在燃燒室內(nèi)機匣3上，彎段彎曲半徑為2.5-3倍管徑，其尾端有一 0.5-1倍管徑的直段，排氣彎段使燃燒產(chǎn)物回轉(zhuǎn)180°排入燃氣整形室5后進入渦輪導向器6。6個J型回流脈沖爆震管，可以根據(jù)需要同時點火工作也可以分時點火工作。分時點火工作時6個爆震管依次順序點火，從而燃燒室的工作頻率為爆震管工作頻率的六倍，從而提高燃燒室的工作頻率。
[0024]實施方式一:
[0025]本實例中的回流式脈沖爆震燃燒室的擴壓器結(jié)構(gòu)I可根據(jù)壓氣機形式改變，在本實施方式中，在擴壓器圓盤上均勻分布著15個徑向三角擴壓葉片，相鄰三角擴壓葉片間隔24°。在擴壓器圓盤周向均勻分布著40個整流葉片，葉片入口與軸向成45°，出口與軸向平行。擴壓器通過整流葉片與機匣鏈接，擴壓器圓盤上開有4個螺栓孔用于固定軸承。
[0026]本實例中的回流式脈沖爆震燃燒室包含6個J型回流爆震管A型9，參見圖2，每個爆震管由混合段10、起爆直段11、排氣彎段12組成，爆震管的中心軸線沿圓周方向均勻分布，相鄰的兩個爆震管中心軸線的圓心角相同均為60°，其分布參見圖2。每個爆震管的混合段10外都有軸向安裝的燃油噴嘴8，燃油噴嘴8從燃燒室外機匣上伸入混合段的主進氣孔13。
[0027]在本實例回流式脈沖爆震燃燒室工作時，從壓氣機來的高壓空氣首先經(jīng)過擴壓器擴壓減速進入燃燒室，減速后的空氣在燃燒末端轉(zhuǎn)折180°后，從混合段10的主進氣孔13與輔進氣孔14進入爆震管，同時燃油噴嘴8將燃油噴入主進氣孔13，與空氣混合形成均勻的可爆混合物，之后充分摻混的可爆混合物填充滿J型回流爆震管9，然后被火花塞7點燃形成爆燃，爆燃波經(jīng)過起爆直段的爆震增強裝置后強度逐漸增強，在局部形成很多高溫高壓點。這些高溫高壓點向后發(fā)展成穩(wěn)定的爆震波，爆震波沿排氣彎管轉(zhuǎn)折180°后傳出爆震管。由于爆震增壓作用，J型回流爆震管9內(nèi)部分燃氣將從主輔進氣孔反向流出，反傳的氣流在爆震管與燃燒室內(nèi)外套間的容積空間中逐漸消弱，使得反傳對壓氣機的影響減弱，在J型回流爆震管9內(nèi)的壓力降低至來流壓力時，爆震管內(nèi)開始重新填充可爆混合物，重復進行上述過程。六個J型回流爆震管9可以同時進行上述過程，也可以分時進行上述過程，在分時工作時6個J型回流爆震管依次順序噴油、點火。
[0028]實施方式二:
[0029]本實例中的回流式脈沖爆震燃燒室包含6個J型回流爆震管B型17參見圖3，B型相對與A型，其進氣混合段18和起爆直段19間沒有夾角，其排氣彎段20比A型長42.9%，更有利于爆震波的形成。不同于A型爆震管，B型爆震管排氣彎段20的出口安裝在相鄰的渦輪導向器6出口上，6管總體成交錯分布，同樣的B型爆震管的中心軸線沿圓周方向均勻分布，相鄰的兩個爆震管中心軸線的圓心角相同均為60°，其分布參見圖6。
[0030]在本實例中爆震管通過交錯分布，在同樣的軸向距離下，爆震管總體長度增加，可以使爆震波形成的更充分，產(chǎn)生更大的熱功率。
【主權(quán)項】
1.一種回流式脈沖爆震燃燒室，包括擴壓機匣(I)、燃燒室外機匣(2)、燃燒室內(nèi)機匣(3)、燃燒室頭部機匣(4)、渦流導向器(6)、噴油嘴(8)、電火花(7);其特征在于，還包括燃氣整形室(5)、J型回流爆震管和Shchelkin螺紋增強裝置;燃燒室頭部機匣(4)周向均布有若干孔;若干所述J型回流爆震管置于燃燒室外機匣(2)和燃燒室內(nèi)機匣(3)之間形成的腔室內(nèi)，J型回流爆震首尾兩端的軸線相互平行且不重合;J型回流爆震管和腔室壁之間留有空隙，形成燃燒室;每一個J型回流爆震管彎曲尾部穿過燃燒室頭部機匣(4)上的孔與燃氣整形室(5)上的每個入口一側(cè)連接，燃氣整形室(5)另一側(cè)與渦流導向器(6)上游部分過盈配合，J型回流爆震管頭部與燃燒室外機匣(2)的出氣端相連，且頭部的尾端開有軸向主進氣孔，側(cè)壁上開有徑向輔進氣孔;J型回流爆震管內(nèi)設(shè)有Shche Ikin螺紋增強裝置;高壓空氣經(jīng)過擴壓機匣(I)上的擴壓葉片減速擴壓后進入燃燒室外機匣(2)和燃燒室內(nèi)機匣(3)之間的腔室后，通過主進氣孔與輔進氣孔進入J型回流爆震管，同時噴油嘴(8)將燃油噴入主進氣孔，與空氣混合形成均勻的可爆混合物，位于噴油嘴(8)下游的火花塞點燃形成爆燃，經(jīng)過Shchelkin螺紋增強裝置后火焰加速轉(zhuǎn)變?yōu)楸鹑紵龔呐艢鈴澏位剞D(zhuǎn)180°后傳出爆震管，同時一部分氣體經(jīng)主輔進氣孔反向流出，減小爆震回傳對壓氣機的影響。2.如權(quán)利要求1所述的一種回流式脈沖爆震燃燒室，其特征在于，所述J型回流爆震管從頭部到彎曲尾部依次分為進氣混合段、起爆直段和排氣彎段;進氣混合段通過點火座與燃燒室外機匣(2)相連，且進氣混合段上設(shè)有軸向主進氣孔和徑向輔進氣孔，噴油噴嘴(8)從軸向主進氣孔伸入;尾部排氣彎段固定在燃燒室內(nèi)機匣(3)上，與燃氣整形室(5)—側(cè)相連，燃氣整形室(5)另一側(cè)與渦流導向器(6)相連;Shchelkin螺紋增強裝置位于J型回流爆震管內(nèi)起爆直段至排氣彎段中部。3.如權(quán)利要求2所述的一種回流式脈沖爆震燃燒室，其特征在于，當J型回流爆震管首尾兩端的軸線所在平面穿過燃燒室頭部機匣(4)底部的軸線時，若干所述J型回流爆震管的排氣彎段相對分布；當首尾兩端的軸線所在平面未穿過燃燒室頭部機匣(4)底部的軸線時，若干所述J型回流爆震管的排氣彎段交錯分布;且當所述J型回流爆震管的排氣彎段相對分布時，起爆直段與混合段之間呈10-30°的斜角。4.如權(quán)利要求1或3所述的一種回流式脈沖爆震燃燒室，其特征在于，所述J型回流爆震管進氣混合段離燃燒室外機匣(2)末端的距離為0.5-1倍的管徑，排氣彎段的彎曲半徑為2.5-3倍管徑。5.如權(quán)利要求1所述的一種回流式脈沖爆震燃燒室，其特征在于，所述J型回流爆震管為6個J型回流爆震管。6.如權(quán)利要求1或5所述的一種回流式脈沖爆震燃燒室，其特征在于，所述6個J型回流脈沖爆震管，能夠同時點火工作或分時點火工作。7.如權(quán)利要求1所述的一種回流式脈沖爆震燃燒室，其特征在于，所述Shchelkin螺紋增強裝置為實心螺旋狀結(jié)構(gòu)，焊接在點火室至排氣彎段之間。
【文檔編號】F23R3/00GK105972638SQ201610361767
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】鄭龍席, 王凌羿
【申請人】西北工業(yè)大學