[发明专利]具有流体二极管结构的旋转爆震燃烧器

说明书

本发明公开了一种用于推进系统的旋转爆震燃烧系统，所述旋转爆震燃烧系统限定径向、周向以及与沿纵向延伸的所述推进系统所共有的纵向中心线，旋转爆震燃烧系统包括：外壁和内壁，共同地至少部分限定燃烧室和燃烧室入口；喷嘴，位于燃烧室入口处并且由喷嘴壁限定，喷嘴限定纵长方向并且沿所述纵长方向在喷嘴入口与喷嘴出口之间延伸，喷嘴入口配置成接收氧化剂流，喷嘴进一步限定位于所述喷嘴入口与喷嘴出口之间的喉道，并且其中喷嘴限定会聚‑扩张型喷嘴，并且喷嘴壁的扩张部分限定流体二极管；以及燃料喷射口，燃料喷射口限定位于喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的燃料出口，以用于向通过喷嘴入口接收的氧化剂流提供燃料。

技术领域

本发明主题涉及一种用于推进系统中的连续爆震(continuous detonation)系统。

背景技术

许多推进系统，例如燃气涡轮发动机都是基于布雷顿循环(Brayton Cycle)，其中空气以绝热方式压缩、在恒定压力下加热、产生的热气在涡轮中膨胀，并且在恒定压力下排热。之后，可将超出驱动压缩系统所需的能量用于推进或其他工作。所述推进系统大体上依赖于爆燃来燃烧燃料空气混合物并且产生在燃烧室内以相对低速和恒定压力行进的燃烧气体产物。尽管基于布雷顿循环的发动机已经通过稳定提高部件效率以及提高压力比和峰值温度而达到了较高的热力效率水平，但仍需进一步改进。

因此，现已致力于通过改变发动机架构以使得燃烧在连续或脉冲模式下以爆震形式发生来提高发动机效率。脉冲模式设计涉及一个或多个爆震管，而连续模式基于容纳单个或多个爆震波在其中旋转的几何形状，通常为环状。对于这两种模式，高能点火会引爆燃料空气混合物，进而转变成爆震波(即紧密连通到反应区的快速移动的冲击波)。相对于反应物的声速，爆震波以大于声速的马赫数范围(例如4到8马赫)行进。燃烧产物以相对于爆震波的声速和显著升高的压力紧随爆震波行进。随后，燃烧产物可以通过喷嘴排出以产生推力或使涡轮旋转。

对于各种旋转爆震系统，防止回流到旋转爆震上游的较低压力区域的任务已经通过向燃烧室内提供急剧压降而得到了解决。但是，这可能会降低旋转爆震燃烧系统的效率优势。因此，能够解决这些问题而不对燃烧室内提供急剧压降的旋转爆震燃烧系统将是有用的。此外，需要提供低压降操作的旋转爆震燃烧系统。

发明内容

本发明的方面和优点将部分地在以下说明中阐明，或者根据所述说明可显而易见，或者可以通过实施本发明而获得。

本公开涉及一种用于推进系统的旋转爆震燃烧系统，所述旋转爆震燃烧系统限定径向、周向以及与沿纵向延伸的所述推进系统所共有的纵向中心线。所述旋转爆震燃烧系统包括：外壁和内壁，所述外壁和内壁共同地至少部分限定燃烧室和燃烧室入口；喷嘴，所述喷嘴位于所述燃烧室入口处并且由喷嘴壁限定，所述喷嘴限定纵长方向(lengthwisedirection)并且沿所述纵长方向在喷嘴入口与喷嘴出口之间延伸，所述喷嘴入口配置成接收氧化剂流，所述喷嘴进一步限定位于所述喷嘴入口与喷嘴出口之间的喉道(throat)，其中所述喷嘴限定会聚-扩张型喷嘴(converging-diverging nozzle)，并且所述喷嘴壁的扩张部分(diverging section)限定流体二极管(fluid diode)；以及燃料喷射口，所述燃料喷射口限定位于所述喷嘴入口与所述喷嘴出口之间的燃料出口，以用于向通过所述喷嘴入口接收的氧化剂流提供燃料。

在各种实施例中，流体二极管限定波形，所述波形配置成抑制由燃料氧化剂混合物的爆震而引发的压力波向上游传播。在一个实施例中，所述波形是锯齿波形、矩形波形、三角波形、正弦波形或其组合。在各种实施例中，所述波形是锯齿波形、三角波形或其组合，并且其中所述波形限定波形角，并且其中所述波形角相对于所述纵向中心线在约0度与约90度之间延伸。在又一个实施例中，所述波形角相对于所述纵向中心线在约45度与约90度之间延伸。

在一个实施例中，所述流体二极管限定蜂窝式图案。

在另一个实施例中，所述流体二极管沿所述纵向沿所述外壁和所述内壁中的至少一者不对称。