[发明专利]脉冲燃烧模式的燃气涡轮发动机及其燃料燃烧方法

说明书

本发明属于航空发动机及燃气轮机技术领域，公开一种脉冲燃烧模式的燃气涡轮发动机及其燃料燃烧方法，燃料在燃烧室内以脉冲燃烧的方式进行，燃料和从压气机气流出口进入燃烧室内的气体混合爆燃产生高压使压气机气流出口短暂封闭。燃气涡轮发动机包括顺次连接的进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管，涡轮包括涡轮导向器，燃烧室内绕燃气涡轮发动机轴等半径均布多根脉冲燃烧管，脉冲燃烧管一端与压气机气流出口相接并在相接处设单向阀门、另一端可将燃气过渡至涡轮导向器，燃烧室内设气动雾化燃料喷嘴供燃料送入。本燃料燃烧方法通过使压气机气流出口瞬时关闭实现近似等容燃烧，上游空气压力对燃烧无影响，能有效提高燃气涡轮发动机的热循环效率。

技术领域

本发明涉及航空发动机及燃气轮机技术领域，具体地，涉及一种脉冲燃烧模式的燃气涡轮发动机及其燃料燃烧方法。

背景技术

传统的航空燃气涡轮发动机及燃气轮机的工作原理采用的是布雷顿（Brayton）气动热力循环（原理见说明书附图1、附图2所示气动热力循环），通过燃烧燃料将热能转换成动能的机械。

现在应用于各类飞机的航空燃气涡轮发动机有涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机等。组成这些燃气涡轮发动机的部件和系统主要有：进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管等部件单元，以及燃油控制、滑油润滑、电气、空气等系统。

经过几十年的发展，上述的航空燃气涡轮发动机技术日臻完善，发动机结构也越来越复杂，技术指标越来越先进，产品价格也越来越昂贵！在全部的动力机械装置领域中，它们的市场价值占到70%以上，航空燃气涡轮发动机更是占到了95%以上，远远超过活塞发动机的应用。

脉冲燃烧发动机相对航空燃气涡轮发动机而言，它的结构非常简单，前面只有进气道，中间有空气流动单向阀门，燃油供油管，燃烧室（燃烧管），后面是尾喷管。脉冲燃烧发动机的工作原理是在单向阀门关闭情况下，燃料喷到相对封闭的燃烧管内燃烧，产生高温高压燃气后加速喷出尾喷管而产生喷气推力（如果增加一级涡轮则是输出轴功率），一次燃烧完成及燃气喷出后，燃烧管内由于燃气惯性作用而产生负压，单向阀门立即自动打开吸入新的空气，为第二次脉冲燃烧做准备，循环往复。脉冲燃烧发动机的脉冲燃烧方式是一种非定常燃烧，燃烧室中的压力、温度、燃烧产物及组分浓度等参数高频变化，脉冲燃烧发动机只产生喷气推力。脉冲燃烧发动机的最成功应用是二战期间，作为德军发明的V-1飞弹的动力，共计生产了1万多件。

然而无论是哪种类型发动机，都存在各自的缺点，如小型航空燃气涡轮发动机的缺点是：结构复杂，重量大，价格昂贵，与同量级的其他发动机相比性价比不高；传统的脉冲燃烧发动机，虽然结构简单、成本低廉，但耗油率高、振动大、使用寿命短，现在基本缺乏市场；现在的活塞发动机虽单位功率耗油率低，但其体积大，重量大，结构复杂，环境适应性有限。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种可实现近似等容燃烧的燃气涡轮发动机燃料燃烧方法。

本发明同时还提供一种结构简单轻便、成本低、使用寿命长、工作性能可靠的燃气涡轮发动机。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种燃气涡轮发动机的燃料燃烧方法，燃料在燃烧室内以脉冲燃烧的方式进行，燃料和从压气机气流出口进入燃烧室内的气体混合爆燃产生的高压可使压气机气流出口短暂封闭。

进一步地，压气机气流出口的短暂封闭由单向阀门来执行。

一种脉冲燃烧模式的燃气涡轮发动机，包括顺次连接的进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管，涡轮包括涡轮转子和涡轮导向器，燃烧室内绕燃气涡轮发动机轴等半径均布有多根脉冲燃烧管，脉冲燃烧管第一端部与压气机气流出口相接并在相接处设有单向阀门，脉冲燃烧管第二端部可顺利将燃烧产生的燃气过渡至涡轮导向器，燃烧室内设有燃料喷嘴供燃料送入。