[发明专利]一种顺流式旋转气波点火爆震燃烧装置及方法

说明书

本发明公开了一种顺流式旋转气波点火爆震燃烧装置及方法，属于爆震发动机技术领域。包括：同轴设置的进气喷管、前端转盘、电动机及爆震燃烧室；所述电动机的输出轴与前端转盘相连，所述电动机设置在所述爆震燃烧室内；所述前端转盘的周向布置有射流腔和进气腔，所述射流腔和进气腔之间有周向夹角；爆震燃烧室包括多个周向同轴布置的爆震管；还提供了一种爆震燃烧装方法，本发明通过带有射流腔及进气腔的前端转盘的旋转运动，使其与爆震管周期性的接通或闭合，在爆震管内产生周期性的脉冲激波，脉冲激波在爆震管内反射聚焦产生局部高温高压区，直接点火起爆，无需其它复杂的外部点火源，且能够控制点火频率，使爆震燃烧过程更加稳定、可控。

技术领域

本发明属于爆震发动机技术领域，更具体地，涉及一种顺流式旋转气波点火爆震燃烧装置及方法。

背景技术

众所周知，爆震燃烧是一种以较低熵增来实现燃料化学能能量快速释放的过程。通常情况下，爆震燃烧是通过较低的点火能量产生燃烧波，再经过爆燃向爆震的转变(DDT过程)，使燃烧波与激波耦合，达到在燃烧的同时实现“自增压”的效果，从而提高发动机的综合热效率。另一方面，航天飞行器受体积、重量和安全性的要求，通常需携带能量密度更高，存储更加安全的液体燃烧。与气体燃料相比，液体燃烧的起爆难度更大，燃烧波传播特性变差。为此，人们想到尽量避免燃烧的DDT过程，直接点火起爆爆震燃烧。但理论计算表明，要达到直接起爆爆震燃烧的点火要求所需的点火能量太大，常规的点火方式无法长时间稳定可靠的起爆爆震燃烧。

激波在凹形壁面内聚焦反射可以产生局部的高温高压区域，对可燃预混气而言，在适当的条件下可诱导着火甚至爆轰，是一种极具潜力满足直接点火起爆爆震燃烧的点火方式。但依靠激波聚焦点火的前提是要产生周期性可控的运动激波，导致燃烧室内的燃烧过程是一个非定常过程。

现有技术中，多采用声波共振的方式产生周期性的运动激波，在凹形壁面的开口处通过碰撞产生激波，但是这种基于声波共振的聚焦方式，具有爆震燃烧不稳定的缺陷；另外，激波频率由气腔决定，受气腔的限制，工作频率不一定总是在有效的频率内，可靠性差，并且这种方式的激波频率调节困难，不能实现频率的连续调节。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种顺流式旋转气波点火爆震燃烧装置及方法，其目的在于提升爆震燃烧的稳定性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种顺流式旋转气波点火爆震燃烧装置，包括：同轴设置的进气喷管、前端转盘、电动机及爆震燃烧室；所述电动机的输出轴与前端转盘相连，所述电动机设置在所述爆震燃烧室内；

所述前端转盘的周向布置有射流腔和进气腔，所述射流腔和进气腔之间有周向夹角；所述爆震燃烧室包括多个周向同轴布置的爆震管；

所述进气喷管用于输入氧化剂，并将其减速扩压后通过所述前端转盘的进气腔进入爆震管；所述电动机用于带动前端转盘转动，使所述射流腔及进气腔周期性的与爆震管接通或闭合；所述前端转盘还用于在射流腔与爆震管接通时，在所述爆震管内外差压下，使所述爆震管内产生非定常脉冲激波；所述非定常脉冲激波在所述爆震管内产生激波反射聚焦反应，实现爆震点火。

进一步地，所述爆震管包括依次串联连通的振荡腔、激波聚焦腔及爆震燃烧腔；

所述振荡腔，用于沿气流方向产生雾化燃料，使所述雾化燃料与激波聚焦腔内的氧化剂混合，使所述激波聚焦腔内产生可燃混气；

所述激波聚焦腔，用于将所述可燃混气与所述非定常脉冲激波发生激波反射聚焦反应，起爆所述可燃混气，产生爆震波；

所述爆震燃烧腔，用于沿逆流方向产生雾化燃料，使所述雾化燃料与氧化剂混合，使所述爆震燃烧腔内产生可燃混气，并在所述爆震波的作用下，引燃所述可燃混气，进一步增加所述爆震管的输出功率。