专利名称：一种水下气液两相发动机的气泡发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发动机技术领域，具体为一种水下气液两相发动机的气泡发生器。
背景技术：
水下气液两相发动机是利用爆震燃烧产生高温高压燃气，燃气与掺混腔内的水混合形成气液两相混合物，混合物在喷管内进一步加速，在加速过程中气泡膨胀对水做功，使水在喷管出口速度大于入口速度，从而产生推力。在专利号为ZL 201120185634. O中文件中公开了一种气液两相发动机，其在启动时，气泡溢出壁面通孔后，气泡在前后两个方向都有膨胀，造成了额外的能量损失，从而导致此气液两相发动机静止时启动缓慢，达到最大推力并稳定工作的时间较长。另外，该气液两相发动机气泡发生管是圆筒状的，气流从前到后流动过程中，由于有气泡不断溢出管壁，导致后部气压降低，膨胀做功能力会不断减弱。
发明内容要解决的技术问题为解决现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种水下气液两相发动机的气泡发生器，其管壁通孔向后倾斜，在发动机启动过程中，气泡溢出时有向后的初速度，更易于气泡向后膨胀，对水做功产生推力；气泡发生管有一定的收敛角度，可以延缓气泡溢出后管 内的压力下降，更有益于气流对水做功。技术方案本实用新型的技术方案为所述一种水下气液两相发动机的气泡发生器,包括连接法兰和气泡发生管；气泡发生管入口与水下气液两相发动机的爆震管出口通过连接法兰同轴固定连接；在气泡发生管管壁上沿轴向均匀开有若干排壁面通孔，同一排的壁面通孔沿管壁周向均匀分布，且同一排的壁面通孔孔径相同；其特征在于气泡发生管为从入口到出口收缩的管状结构，收缩角为1.0° 2.3° ;气泡发生管壁面通孔孔径为Imm 8mm,壁面通孔总面积不超过气泡发生管侧壁面积的5 %，从气泡发生管入口到出口，壁面通孔孔径分段逐渐增大；壁面通孔中心轴线与气泡发生管中心轴线夹角为40° 60°，壁面通孔出口朝向气泡发生管出口方向。有益效果本实用新型提出的一种水下气液两相发动机气泡发生管，一方面，在发动机启动过程中，高压燃气通过壁面通孔与掺混腔内的水掺混形成气泡，通过开孔方向控制气泡的膨胀方向，在发动机初始启动时就有向后的初速度，使水在掺混腔内产生更大的有效推力；另一方面，高压燃气通过气泡生成管过程中，由于管道是收敛的，延缓了气体由壁面通孔溢出使流量下降而造成压力下降，有益于更好地排水做功。
图I :本实用新型所用于发动机的结构示意图；图2 :本实用新型的半剖图；图3 :电磁阀和点火器的控制时序图；其中1、燃料电磁阀；2、氧化剂电磁阀；3、点火器；4、隔离器电磁阀；5、爆震管；6、Shchelkin螺旋；7、连接法兰；8、壁面通孔；9、气泡发生管；10、扩压器；11、掺混腔；12、喷管；13、支承肋板。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明 参照附图1，该实施例中的水下气液两相发动机包括爆震管5、气泡发生管9、扩压器10、掺混腔11和喷管12。本实施例中，爆震管5采用的是“L”形管状结构，其中封闭端为竖直方向，高温燃气和爆震波的出口端为水平方向。在爆震管封闭端端面上安装有点火器3，封闭端侧面上开有燃料进口和氧化剂及隔离剂进口，通过燃料电磁阀I、氧化剂电磁阀2和隔离器电磁阀4进行控制。为了在爆震管内快速形成爆震波，确保实现爆震管每次点火产生的燃烧波传至爆震管出口时已经转变为爆震波的目的，在爆震管5内壁焊有一段Shchelkin螺旋6作为爆震增强装置。采用的燃料为航空煤油，氧化剂为压缩氧气，隔离气为压缩氮气；点火器3为防水火花塞，点火能量为50mJ。发动机内燃料和氧化剂的供给压力均大于掺混腔11内水压，航空煤油/氧气混合物的当量比约为1.0。气泡发生管的入口与爆震管的出口通过连接法兰7同轴固定连接，气泡发生管9从入口到出口收缩的管状结构，收缩角为1.0° 2. 3°，本实施例中气泡发生管9入口内径为30mm，与爆震管5内径相同，出口内径为12mm，轴向长度为500mm。在气泡发生管9管壁上沿轴向均匀开有10排壁面通孔8，同一排的壁面通孔沿管壁周向均匀分布，且同一排的壁面通孔孔径相同。以最接近气泡发生管入口处的一排壁面通孔为第一排壁面通孔，内径为1mm，第二排壁面通孔内径为I. 5mm,以后的每一排壁面通孔内径比前一排壁面通孔的内径大O. 5mm,至第十排壁面通孔内经为5. 5_。相邻两排壁面通孔之间的轴向间距相等，均为30_。壁面通孔总面积不超过气泡发生管侧壁面积的5%。壁面通孔中心轴线与气泡发生管中心轴线夹角为40° 60°，本实施例中壁面通孔中心轴线与气泡发生管中心轴线夹角为45°，壁面通孔出口朝向气泡发生管出口方向，使得发动机启动时气流从孔中溢出时带有向后的速度，利于发动机的启动。扩压器10、掺混腔11和喷管12依次密封焊接固定，掺混腔为空心薄壁圆柱结构，扩压器和喷管为空心薄壁圆台结构。掺混腔11与气泡发生管9通过均匀分布的3段支承肋板13同轴固定连接，且3段支承肋板13的轴向截面面积和小于气泡发生管9轴向截面面积的5%，尽可能减小对水的阻挡作用。气泡发生管与掺混腔固定连接后，气泡发生管的首排壁面通孔处于扩压器进口后方，气泡发生管的出口处于喷管出口之前。本实施例中的水下气液两相发动机进行工作状态测试时，环境压力和环境温度分别为I. 01325 X IO5Pa和288. 15K。通过爆震通用计算软件CEA程序(ChemicalEquilibriumand Applications)计算出的航空煤油/氧气气相爆震压力4. 36MPa。测试中，发动机整体处于水下O. 5m深处，发动机内燃料和氧化剂的供给压力均大于水压，3个电磁阀以及点火器的控制时序如图3所示氧化剂电磁阀3和燃料电磁阀I的占空比为O. 3，相位为O，；点火器的占空比为O. 01，相位108° ;隔离电磁阀4的占空比为O. 3，相位为252°。通过在爆震管内的爆震燃烧产生高温高压燃气，高温高压燃气进入气泡发生管后，一部分高温高压燃气通过气泡生成管侧面的壁面通孔进入掺混腔与水很合而形成气液两相混合物，气液两相混合物在喷管内进一步加速，加速过程中气泡在福德压力梯度下膨胀，由于壁面开孔倾斜，气体溢出时带有较大的水平方向的速度，因此在膨胀时对水做功只有向后的 方向，增加其动量而产生有效推力；另一部分高温高压气体通过气泡生成管出口排出，高温高压气体推动喷管内的水向后运动，产生推力。
权利要求1.一种水下气液两相发动机的气泡发生器，包括连接法兰和气泡发生管；气泡发生管入口与水下气液两相发动机的爆震管出口通过连接法兰同轴固定连接；在气泡发生管管壁上沿轴向均匀开有若干排壁面通孔，同一排的壁面通孔沿管壁周向均匀分布，且同一排的壁面通孔孔径相同；其特征在于气泡发生管为从入口到出口收缩的管状结构，收缩角为1.0° 2. 3° ;气泡发生管壁面通孔孔径为Imm 8mm,壁面通孔总面积不超过气泡发生管侧壁面积的5%，从气泡发生管入口到出口，壁面通孔孔径分段逐渐增大；壁面通孔中心轴线与气泡发生管中心轴线夹角为40° 60°，壁面通孔出口朝向气泡发生管出口方向。
专利摘要本实用新型提出了一种水下气液两相发动机的气泡发生器，气泡发生管为从入口到出口收缩的管状结构，收缩角为1.0°～2.3°；壁面通孔中心轴线与气泡发生管中心轴线夹角为40°～60°，壁面通孔出口朝向气泡发生管出口方向。在发动机启动过程中，高压燃气通过壁面通孔与掺混腔内的水掺混形成气泡，通过开孔方向控制气泡的膨胀方向，在发动机初始启动时就有向后的初速度，使水在掺混腔内产生更大的有效推力；高压燃气通过气泡生成管过程中，由于管道是收敛的，延缓了气体由壁面通孔溢出使流量下降而造成压力下降，有益于更好地排水做功。
文档编号F02K1/00GK202578941SQ20122022813
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月20日 优先权日2012年5月20日
发明者范玮, 宋豪义, 朱宇, 姚奎光 申请人:西北工业大学