专利名称：发动机尾喷焰流等离子弧增温喷管的制作方法
发动机尾喷焰流等离子弧增温喷管o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。 O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。 'O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5X 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r2-3-6)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r4)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r8)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,-3-10);另外管道 输送的低温空气直接到达冷气分布环(图r9);喷管出口侧管口微向内凸，为环形正极(图 「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，-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，此环应经常检査更换。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rll);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,-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，己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r12)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縮(在等离子弧喷嘴的理论中，称之为磁压縮或磁 收縮，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，磁压縮作用越明显。由于采用多只负极(从喷管截面看去如同钟表盘上的时点)，因此喷管内会形成沟通正 极的多条电弧，受磁压缩作用彼此将相互靠近，而受库仑定律的作用彼此又无法充分接近， 这就会在焰流中心部能量聚集形成极高温区(电流强度越大，聚集的能量越多)，温度可接近 或达到5X10t并在附壁低温度空气的包裹下，高速喷出管口形成超高温柱状焰流。附壁低温空气是绝缘体，负极发射电子如欲将其击穿到达管壁(短路)必然遭遇强大电 阻，受正极吸引，电子必将流经无电阻的电弧通道。同时，附壁空气与电极喷出的空气都吸 收了热能，并增加超高温焰流的总质量。O本发明的有益效果发动机的推力f^mv，在质量m—定的情况下，速度v决定力的大小，焰流温度越高，膨 胀压力越大，转化为速度就越高。本发明对现有技术做结构上的改进，从一个新的方向一举 突破现有材料困扰，获得并使用超高温焰流，大幅度提高发动机推力。并且改进费用极低， 适用于多机种、弹种。O
-等离子弧增温喷管简要示意图1、涡轮机壳；2、低温空气；3、负极空心微孔钨棒低温空气进口； 4、增温喷管管壁； 5、低温空气附壁流动区；6、正极环低温空气进口； 7、涡轮机；8、绝缘垫层；9、低温空气 分布环；10、陶瓷绝缘套管；11、燃气进口区；12、等离子体超高温区；13、微孔空气正极 环。O本发明最佳实施方式一、以涡轮喷气发动机为例1、 按现有技术运作发动机，燃气(约1800K)过涡轮(图f7)作功后，进入喷管。2、 发动机启动时，喷管正负电极已与发电机或蓄电池接通；3、 燃气高温电离部分瞬间导电，沟通管内正负极，气体放电爆发(正极环背及负极钨 尾部引压气机冷气进入吸收热量并从微孔喷出带走表面热量)。4、 多条电弧相聚相斥，超高温区产生。5、 超高温焰流喷出产生强大推力。6、 调整电流的大小，既可调整焰流温度，调节供油量同样可以控制燃气总量和推力。7、 发动机停止运行，喷管电路断电停止工作。 二、以液体或固体燃料发动机为例1、 发动机点燃时，同时接通喷管正负极。2、 大容量蓄电池持续供电，燃气入管后现象与涡轮喷气发动机相同。3、 长时间飞行的发动机，于飞行器头部设置迎风管道口，利用冲压通过小口径管道向 环形正极背后及钨负极棒尾送入冷气，(一次性使用的弹药由于飞行时间短，是否采用冷气结 构由生产者自行测定)。本方案特别提醒喷管内正极饱受带电粒子的碰撞，容易损坏，生产者应测定使用寿命， 规定更换时间。至于正极环的快速拆装本方案不作要求和表述。其它属于现有技术范畴的工 艺，材料、技术(如部件连接，耐高温材料，绝缘材料选择)均不再累述。各零件的参数， 如喷管长短、直径大小、厚度等及电压、电流的大小控制等问题，应针对具体发动机型结构， 民用、军用不同要求，试制测定后确定。空心负极喷出的冷却气体直接进入电弧心或电弧周边形成超高温等离子体，其作用相当 于增加一个小透平，对增加超高温焰流的质量非常重要，不得忽视。
权利要求
1、发动机尾喷焰流等离子弧增温喷管，其特征是在发动机尾喷管内安置正负电极，依靠本机电源(发电机或蓄电池)对进入喷管的燃气及用于制冷的低温空气进行大电流气体放电，形成多条超高温等离子弧，从而提高焰流温度，力求其柱状中心达到5×104K；依靠管壁高密度回流电流产生的电磁力压缩等离子体，保护管壁免受灼伤。
2、 如权利要求1所述的等离子弧增温喷管，其特证是喷管为圆形管状，采用导电性良好 的耐高温合金制做；焰流入口侧圆周分布多只空心微孔钨负极(外裹耐高温合金陶瓷套)，焰 流出口侧微凸环形空心微孔金属正极，正负电极均与电源相应连接；正负极背部与高压低温 空气管道沟通；该喷管可应用于民用及军用涡轮、涡扇喷气发动机与使用固体或液体燃料的 运载火箭、导弹、巡航导弹、火箭弹的发动机。
全文摘要
发动机尾喷焰流等离子弧增温喷管，采用等离子弧技术对喷管内燃气进行大电流气体放电，力求其柱状中心达到5×10<sup>4</sup>K，并依靠管壁回流电流产生的电磁力压缩等离子体，保护管壁免受灼伤，从而摆脱耐高温材料的困扰，大幅度提高发动机推力。本发明可应用于民用及军用涡轮、涡扇喷气发动机与使用固体或液体燃料的运载火箭、导弹、巡航导弹、火箭弹发动机。
文档编号F02K1/00GK101333977SQ20071012776
公开日2008年12月31日 申请日期2007年6月27日 优先权日2007年6月27日
发明者罗五来 申请人:罗五来