[发明专利]发动机尾喷焰流等离子弧增温喷管

说明书

0本发明所属技术领域：

本发明属机电产品领域。

本发明所指的发动机是指依靠尾喷高温焰流推动飞行器的发动机，概分两类：一、民用 及军用飞机的涡轮、涡扇喷气发动机；二、各类运载火箭、导弹、巡航导弹、火箭弹等液体 或固体燃料直接产生焰流的发动机。

0本发明的背景技术：

现有技术的发动机由于材料限制均不可能采用超高温焰流设计。如涡喷式发动机其涡轮 尽管采用新材料及空心喷气冷却技术，但长时间处于2000K高温下则会很快灼蚀；而各类液 体或固体燃料发动机的喷管尽管采用特殊合金或陶瓷，用“金属出汗”之类的原理保护机体， 但仍不敢大幅度提高焰流温度，这就极大地限制了现有发动机的推力和飞行器的速度。按现 有技术理念如果想把尾喷焰流温度提到万度级，那只能是幻想。

0本发明的目的：

本发明借鉴焊接切割技术中等离子弧喷嘴的技术原理，在发动机喷管内进行气体放电， 使焰流成为超高温等离子体，力求使其中心温度接近或达到5×10⁴K摆脱耐高温材料的困扰， 大幅度提高现有发动机的推力。

0本发明的技术方案：

本方案可以近似地理解为，将发动机尾喷管做成一只大型的等离子弧喷嘴；对现有发动 机的改造主要涉及在喷管内部增加相应的电极和配置供气供电能力。

一、增温喷管的电源和气源

涡轮、涡扇式喷气发动机均沿用现有技术设置的发电机或蓄电池；各种箭弹均在其壳体 合适部位安置大容量轻质蓄电池(其A·H要足以保证整个飞行过程充足大电流供电)。飞机 类发动机自压气机高压端引低温空气通过涵道及管道，送达指定部位；各箭弹于弹头部位开 圆孔，通过“漏斗”形总管及分管将冲压进入的低温空气送达指定部位；(图₁-2-3-6)

二、增温喷管结构及管内电极设置

喷管为导电性能优良的耐高温合金材料圆管(图₁-4)以现有技术方式与燃烧室出口连 接(接触面垫入绝缘材料)(图₁-8)喷管内燃气入口侧圆周布置多只空心微通孔钨棒为放电 负极，棒体尖端突出，棒身包裹陶瓷套管，棒尾与低温空气管道沟通(图₁-3-10)；另外管道 输送的低温空气直接到达冷气分布环(图₁-9)；喷管出口侧管口微向内凸，为环形正极(图 ₁-13)正面布满微型通孔，凸环内部为空心与低温空气管道沟通(图₁-6)。该凸环由于工作 环境恶劣是易损件，除一次性使用的发动机外，此环应经常检查更换。

三、增温喷管的运行

1、超高温等离子体的产生：

A、从燃烧室进入喷管的燃气具有三种状态：其高温部分(1800K左右)已有相当比例电 离，具有良好的导电性(图₁-11)；管处送达的低温空气沿管壁附着流动(这层空气如同一层 膜即吸热保护管壁，又起到绝缘作用)(图₁-5)；介于两者状态之间的燃气，其原子已受商温 激励处于尚未电离状态。喷管中的正负极沟通电源已构成完整电场(充盈正负极之间的燃气 离子，已为正负极之间提供了良好的导电通道；已无需高压击穿点燃电弧)。

B、运行时负极发射的电子流在电场电压作用下向正极高速运动，沿途高能电子不断撞 击受激气体原子，从而使除附壁低温空气之外的所有气体都能变成等离子体；正负极间亮起 强大电弧产生极高的温度。(图₁-12)

2、磁压缩及超高温焰流的运动：

运动中的电子到达并透过正极经由管壁返回电源，此时圆形管壁可视为无数条并列导线 的环形组合，依照“左手定则”管壁内电流的流动必将产生向心的电磁力，由于其对带电粒 子的作用必然将等离子体推离管壁向心压缩(在等离子弧喷嘴的理论中，称之为磁压缩或磁 收缩，又称为“箍匝效应”)，这样就确保管壁不被等离子体烧毁，而又可以获得超高温焰流。 电流密度强度越大，磁压缩作用越明显。