核聚变脉冲式直喷发动的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种核聚变脉冲式直喷发动机，包括发动机本体，所述发动机本体包括燃烧室，还包括：与所述燃烧室连通的点火部件，所述点火部件包括输气管，所述输气管的进口端通过高压阀与钢瓶连接；设置在所述输气管的出口端的支管；与所述支管连接的出气喷嘴，所述出气喷嘴相对布置；与所述燃烧室连通用于输送燃料的输料管。从上述技术方案可以看出，本发明提供的核聚变脉冲式直喷发动机，气体被压缩到一定的程度，气体喷出后对撞的相对速度超过粒子引爆的临界速度即可实现粒子引爆，粒子引爆发出的能量将核燃料点燃，因为气体压缩技术已经比较成熟，实现气体压缩相对容易，在一定程度上降低了核聚变发动机点火的难度。
【专利说明】核聚变脉冲式直喷发动机
【技术领域】
[0001]本发明涉及动力设备领域，特别涉及一种核聚变脉冲式直喷发动机。
【背景技术】
[0002]核聚变发动机为利用核反应堆释放的能量为设备提供前进的动力，核聚变发动机的启动方式比较常用的一种是磁约束核聚变，磁约束核聚变的工作原理:用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出原子核所蕴藏的能量。这种方式需要建立复杂的导引磁场，启动磁场耗能比较大，实现起来比较困难；另一种为惯性约束核聚变，惯性约束核聚变的工作原理:通过多方向的激光器发射强激光照射金属靶丸或者金属靶环，金属靶丸或者金属靶环内层在反作用力下向金属靶心收缩，引爆金属靶丸或者金属靶环内的等离子体。这种方式需要激光器多次照射金属靶丸或者金属靶环，现有技术中快速供给金属靶丸或者金属靶环比较困难，导致实现核聚变发动机的点火比较困难。
[0003]因此，如何降低核聚变发动机点火的难度，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供了一种核聚变脉冲式直喷发动机，以降低核聚变发动机点火的难度。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0006]一种核聚变脉冲式直喷发动机，包括发动机本体,所述发动机本体包括燃烧室,还包括:
[0007]与所述燃烧室连通的点火部件，所述点火部件包括输气管，所述输气管的进口端通过高压阀与钢瓶连接；设置在所述输气管的出口端的支管；与所述支管连接的出气喷嘴，所述出气喷嘴相对布置；
[0008]与所述燃烧室连通用于输送燃料的输料管。
[0009]优选的，在上述核聚变脉冲式直喷发动机中，所述点火部件上设置有连通所述出气喷嘴与所述燃烧室的凹槽。
[0010]优选的，在上述核聚变脉冲式直喷发动机中，所述输料管包括与核燃料容器连通的输料管路和一端与所述输料管路连通另一端与所述燃烧室连通的出料支管，所述出料支管的进口端的孔径较所述出料支管的出口端的孔径小。
[0011]优选的，在上述核聚变脉冲式直喷发动机中，所述输料管设置在所述发动机本体的顶端，所述点火部件的个数为两个，且所述点火部件相对于所述输料管的轴线对称布置。
[0012]优选的，在上述核聚变脉冲式直喷发动机中，还包括与所述输料管连通的回气接头，所述回气接头包括与所述输料管连通的主管，和设置在所述主管的侧壁上且与所述主管连通的回气管，所述主管与所述核燃料容器连通。[0013]优选的，在上述核聚变脉冲式直喷发动机中，所述回气管的排气口方向与所述发动机本体的排气方向一致。
[0014]优选的，在上述核聚变脉冲式直喷发动机中，所述点火部件与所述输料管的侧壁上开均设有定位凹槽，且所述定位凹槽位于所述发动机本体的外侧。
[0015]优选的，在上述核聚变脉冲式直喷发动机中，钢瓶内气体为氢气。
[0016]优选的，在上述核聚变脉冲式直喷发动机中，所述燃料为气雾化工艺处理的固体粉末。
[0017]从上述技术方案可以看出，本发明提供的核聚变脉冲式直喷发动机，点火部件的输气管与钢瓶连接，气体从钢瓶内喷出，通过输气管，在支管处分成多股气流，在出气喷嘴处相撞，气体相撞时的相对速度大于粒子引爆的临界速度，气体粒子被引爆，气体喷出的同时输料管会喷出核燃料，粒子引爆产生的能量将核燃料点燃，产生巨大的能量，发动机启动。而气体相撞时的相对速度是由气体碰撞前的速度决定，其中，气体碰撞前的速度是由压缩气体的压力决定。在现有的技术水平上气体压缩技术已经比较成熟，实现气体压缩相对容易，从而在一定程度上降低了核聚变发动机点火的难度。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机的结构示意图；
[0020]图2为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机的爆炸示意图；
[0021]图3为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机的剖面图；
[0022]图4为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机点火部件的结构示意图；
[0023]图5为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机点火部件的剖面图；
[0024]图6为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机输料管的结构示意图；
[0025]图7为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机输料管的剖面图；
[0026]图8为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机回气接头的结构示意图；
[0027]图9为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机回气接头的剖面图。
[0028]1、发动机本体2、燃烧室3、点火部件4、输料管5、回气接头。
【具体实施方式】
[0029]本发明公开了一种核聚变脉冲式直喷发动机，以降低核聚变发动机点火的难度。
[0030]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]请参阅图1-图9，图1为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机的结构示意图；图2为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机的爆炸示意图；图3为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机的剖面图；图4为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机点火部件的结构示意图；图5为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机点火部件的剖面图；图6为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机输料管的结构示意图；图7为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机输料管的剖面图；图8为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机回气接头的结构示意图；图9为本发明实施例提供的核聚变脉冲式直喷发动机回气接头的剖面图。
[0032]一种核聚变脉冲式直喷发动机，包括发动机本体I,发动机本体I包括燃烧室2，还包括:与燃烧室2连通的点火部件3，点火部件3包括输气管，输气管的进口端通过高压阀与钢瓶连接；设置在输气管的出口端的支管；与支管连接的出气喷嘴，出气喷嘴相对布置；与燃烧室2连通用于输送燃料的输料管4。
[0033]本方案采用高压气体高速碰撞的方式实现引爆核燃料，高压气体储存在钢瓶内，输气管通过高压阀与钢瓶连接，打开高压阀，气体迅速从钢瓶内喷出，进入输气管，再进入支管，支管的个数至少为两个，气体进入支管后被分成多股，支管的直径优选的比输气管的直径小，在气体进入支管时，气体能够被再次加速，气体的速度只要超过临界起爆速度的一半，气体喷出后碰撞的相对速度就会大于粒子引爆的临界速度，即可实现粒子引爆；气体喷出的同时，输料管4喷出燃料，粒子引爆发出的能量将核燃料引爆，核燃料燃烧产生巨大的能量，实现发动机启动。
[0034]本方案采用的是利用气体高速碰撞实现核燃料的引爆，方案中可以采用任何一种气体。从方案实现的难易程度和实现的成本考虑，优先采用分子量较小的气体，例如氢气、氮气、氦气、甲烷等气体，分子量较小的气体，在碰撞时达到临界引爆速度所需要提供的压力会比较低，实现起来比较容易。本方案优选的采用氢气，氢气是气体中分子量最小的气体，因此引爆所需要的能量也就最小，临界引爆速度为3198.6m/s，要实现高速氢气流对碰，实现粒子引爆，气体喷出后的速度要达到临界引爆速度的一半以上才可以，即气体喷出后对撞的相对速度大于3198.6m/s，要达到这个速度，钢瓶内氢气的压力只要达到9个大气压，气体喷出后就能实现粒子引爆。因为气体压缩技术已经比较成熟，本方案提供的装置核聚变发动机点火实现起来相对容易。
[0035]点火部件3上的支管的个数至少为两个，也可为多个，从点火部件3制造的成本、点火部件3的强度和工人的劳动强度考虑，优选的采用两个支管，气体喷出后，在出气喷嘴处发生对撞，对撞时气流的相对速度大于引爆的临界速度，实现粒子引爆。
[0036]粒子引爆和核燃料燃烧都会释放很大的能量，如果出气喷嘴暴露在燃烧室2内，会对燃料喷嘴造成比较大的伤害，影响装置的使用寿命，为了减小这种影响，点火部件3上设置有凹槽，凹槽连通出气喷嘴与燃烧室2，出气喷嘴设置在点火部件3内，粒子引爆和核燃料燃烧释放的能量对出气喷嘴的损伤相对减小，同时，气体在凹槽内发生碰撞，碰撞完成后两股气流汇聚成一股气流喷出，减小了对凹槽内壁的损伤，并且汇聚成一股气流后气体向外喷出，速度更大，能够更好的与核燃料作用。
[0037]输料管4包括与核燃料容器连通的输料管路和与输料管路连通的出料支管，出料支管的进口端的孔径较出料支管的出口端的孔径小。本方案采用的输料管4包括支管，支管将输料管4中的核燃料进行分散，使得核燃料能够更好的与点火部件3喷出的气体混合，实现核燃料的充分燃烧；同时将支管的进口端孔径设计的比出口端的孔径小，使得核燃料呈锥形形状喷出，能够更好的实现核燃料的分散，与点火部件3喷出的气体充分混合，实现核燃料的充分燃烧，减少对材料的浪费。
[0038]为了确保燃烧的充分性，将输料管4设置在发动机本体I的顶端，点火部件3的个数为两个，且点火部件3相对于输料管4的轴线对称布置，两个点火部件3同时喷出气体，优选的输料管4支管的个数也为两个，气体喷出的位置与输料管4喷出燃料的位置对应，气体在点火部件3的出气喷嘴处发生碰撞，发生粒子引爆，释放能量，将输料管4的两个支管喷出的核燃料同时引爆，产生巨大的能量，两股引爆的核燃料再次发生碰撞，释放核能，弓丨爆周围的核燃料，使核燃料更充分的燃烧，减少了对材料的浪费，节约了成本。
[0039]在核燃料引爆的过程中，会产生冲击波，冲击波会对发动机本体I外的核燃料容器产生很大的伤害，为了减轻对核燃料容器的冲击，在输料管4上设置了回气接头5，回气接头5的主管与输料管4连通，主管的侧壁上设置有与主管连通的回气管，主管与核燃料容器连通，回气管的排气口一直与空气连通，可以缓冲核聚变爆炸反应产生的气体冲击波并导出部分废气，减小冲击波对发动机本体I外的核燃料容器的伤害。
[0040]为了进一步优化上述技术方案，在本发明的一具体实施例中，回气管的排气口方向与发动机本体I的排气方向一致，这种设计避免了能量的浪费，回气管排出的气体方向与发动机的前进方向相反，在一定程度上对发动机的前进起到了推进的作用，实现资源的合理利用。
[0041]为了保证点火部件3喷出的气体能够与输料管4喷出的燃料同时发生碰撞，需要对点火部件3喷出的气体方向和输料管4喷出的燃料方向进行调节，为了减小工作人员调节角度耗费时间，在点火部件3和输料管4的侧壁上均开设定位凹槽，且定位凹槽位于发动机本体I的外侧，工作人员可以根据定位凹槽的位置，判断发动机本体I内部点火部件3的喷气方向和输料管4的喷料方向，简单方便，减小了工作人员的劳动强度。
[0042]核燃料为气雾化工艺制作的固体粉末，固体粉末可以采用金属粉末、陶瓷粉末、矿物粉末或者土粉末，要保证固体粉末足够细，能够与点火部件3喷出的气体充分混合,使核燃料被点燃并充分燃烧。
[0043]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种核聚变脉冲式直喷发动机，包括发动机本体(I),所述发动机本体(I)包括燃烧室(2)，其特征在于，还包括: 与所述燃烧室(2)连通的点火部件(3)，所述点火部件(3)包括输气管，所述输气管的进口端通过高压阀与钢瓶连接；设置在所述输气管的出口端的支管；与所述支管连接的出气喷嘴，所述出气喷嘴相对布置； 与所述燃烧室(2 )连通用于输送燃料的输料管(4 )。
2.根据权利要求1所述的核聚变脉冲式直喷发动机，其特征在于，所述点火部件(3)上设置有连通所述出气喷嘴与所述燃烧室(2)的凹槽。
3.根据权利要求1所述的核聚变脉冲式直喷发动机，其特征在于，所述输料管(4)包括与核燃料容器连通的输料管路和一端与所述输料管路连通，另一端与所述燃烧室(2)连通的出料支管，所述出料支管的进口端的孔径较所述出料支管的出口端的孔径小。
4.根据权利要求1所述的核聚变脉冲式直喷发动机，其特征在于，所述输料管(4)设置在所述发动机本体(I)的顶端，所述点火部件(3)的个数为两个，且所述点火部件(3)相对于所述输料管(4)的轴线对称布置。
5.根据权利要求1所述的核聚变脉冲式直喷发动机，其特征在于，还包括与所述输料管(4)连通的回气接头(5)，所述回气接头(5)包括与所述输料管(4)连通的主管，和设置在所述主管的侧壁上且与所述主管连通的回气管，所述主管与所述核燃料容器连通。
6.根据权利要求5所述的核聚变脉冲式直喷发动机，其特征在于，所述回气管的排气口方向与所述发动机本体(I)的排气方向一致。
7.根据权利要求1所述的核聚变脉冲式直喷发动机，其特征在于，所述点火部件(3)与所述输料管(4)的侧壁上均开设有定位凹槽，且所述定位凹槽位于所述发动机本体(I)的外侧。
8.根据权利要求1所述的核聚变脉冲式直喷发动机，其特征在于，所述钢瓶内气体为氢气。
9.根据权利要求1所述的核聚变脉冲式直喷发动机，其特征在于，所述燃料为气雾化工艺处理的固体粉末。
【文档编号】F02K9/95GK103470401SQ201310315533
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2013年7月23日
【发明者】牛金奇, 王蔚国, 苗鹤, 支训廷 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所