一种大管径脉冲爆震火箭发动机的推进结构及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及脉冲爆震发动机技术领域，是一种大管径脉冲爆震火箭发动机的推进结构及其控制方法。
【背景技术】
[0002]脉冲爆震火箭发动机(Pulse Detonat1n Rocket Engine，简称F1DRE)是一种利用间歇式爆震波产生推力的新概念发动机。TORE作为一种新型的动力装置，由于其结构简单，循环效率高，工作范围宽和推重比高等潜在的优势，有着良好的应用前景。近年来，国内外为提高脉冲爆震发动机的性能做了许多研宄工作，并取得了很大的进展。
[0003]与现有的推进系统相比，I3DRE看起来具有很大的潜在优势，但是要把这些潜在的优势变成现实，仍然面临许多的难题和挑战，其中一个关键难题就是如何将其推力增大到能够投入工程实践应用的程度。影响TORE推力的因素很多，而这其中，PDRE爆震管管径的大小是决定其推力大小的主要因素，然而，当爆震管的管径增大到一定程度以后，爆震波将难以正常起爆和自持。为了解决这一问题，目前世界上大多数研宄团队都采用的是多管式的TORE，通过增加爆震管的数量来实现推力的增大。这一方法固然可行，但是多管式的I3DRE会占用大量的体积，并且会使TORE的自重增加不少，这将对TORE造成很大的负担。
[0004]目前，大多数的TORE的燃料和氧化剂供给方式都采用的是头部供给，这样的供给方式使TORE的整体结构更加简洁明了，但是这一供给方式却也存在着重大的缺陷。当TORE的工作频率很高时，在一个周期的填充时间内，单纯的头部供给并不能将氧化剂和燃料迅速填满整个爆震管，这将造成爆震管的填充度过低，从而影响爆震效果和I3DRE的稳定工作。为了解决这一问题，一些研宄机构提出了燃料和氧化剂的分布式供给，使整个爆震管的填充更加充分。
【发明内容】
[0005]要解决的技术问题
[0006]提高脉冲爆震发动机的工作频率和扩大爆震管管径是提高其平均推力的两种主要方式。为了解决大管径情况下爆震波难以正常起爆和自持，以及高频工作情况下爆震管填充度过低这两个问题，本发明提出了使用分区式的爆震管，并采用燃料和氧化剂的分布式供给方式。使用本发明中所设计的爆震管，并按照正确的操作步骤，可以成功实现大管径脉冲爆震发动机的高频工作。
[0007]本发明的技术方案为:
[0008]一种大管径脉冲爆震火箭发动机的推进结构及其控制方法，包括燃料供给系统，氧气供给系统，隔离气体供给系统，以及分区式爆震管装置，其特征在于:将一个大管径的爆震管分为四个大小相同的分管，在爆震管的圆心处通入一根空心的管道作为氧气供给系统，在爆震管的头部的每个分管中心各打一个孔作为隔离气体的供给系统，在爆震管的空心外壁腔中通入燃油作为燃料的供给系统，并且在爆震管的每个分管中各装一路点火器。
[0009]所述一种大管径脉冲爆震火箭发动机的推进结构及其控制方法，其特征在于:将一个难以起爆的大管径爆震管分成四个大小相同的扇形爆震管，解决了爆震管管径过大造成的爆震波难以起爆和自持的问题。
[0010]所述一种大管径脉冲爆震火箭发动机的推进结构及其控制方法，其特征在于:使用一根周向布满小孔的空心细管，并且在其头部安装一个电磁阀，作为氧气的供给系统，将传统的轴向直射式供气改进为沿细管周向的分布式供气，这一特征将使氧气的填充更加均匀和充分，同时这种类似于发散式冷却的结构也会对管壁有一定的冷却作用。
[0011]所述一种大管径脉冲爆震火箭发动机的推进结构及其控制方法，其特征在于:在每个分隔的单独爆震管的头部壁面中心处各打一个孔，并在爆震管头部安装一个电磁阀，隔离气体轴向进气将燃烧完的废气吹除。
[0012]所述一种大管径脉冲爆震火箭发动机的推进结构及其控制方法，其特征在于:在爆震管的外壁面空腔中通入燃油，在每个单独的爆震管外壁的内壁面上，以10mm的间隔距离沿轴向打一排燃油喷注孔，孔的方向垂直于轴向向内。在爆震管油腔外安装一个油阀，控制燃油的加注，由此形成整个爆震管的燃油供给系统。这一系统首先实现了燃油的分布式供给，使燃油的填充更加均匀和充分；其次，通入的燃油可以对高温的爆震管壁面进行冷却，预热后的燃油在喷入爆震管后也更容易起爆，从而实现燃油的再生冷却；再次，喷入的燃油可以形成流体障碍物，加速爆震波的形成，并缩短DDT(Deflagrat1n to Detonat1nTransit1n)段的距离。
[0013]有益效果
[0014]采用本发明提供的大管径脉冲爆震火箭发动机的高效推进结构及其控制方法，将一根大管径的爆震管分为四个大小相同的爆震管，可以解决大管径爆震管难以起爆的问题，并且，相比于多管式的脉冲爆震发动机，这一方法大大缩减了脉冲爆震发动机的体积和重量。本发明采用的燃料和氧化剂分布式供给方式，结构简单，节省空间，并且能够成功解决TORE高频工作状态下单独头部供给造成的填充度不足的问题。同时，本发明的燃油供给方式成功实现了燃油的再生冷却，并形成了流体障碍物，加速了爆震波的形成。
【附图说明】
[0015]图1:本发明的系统示意图
[0016]图2:爆震管的头部截面示意图
[0017]图3:在一个工作周期中，电磁阀与点火器的控制时序图
[0018]其中，1-1为氧化剂气瓶，1-2为氧化剂截止阀，1-3为氧化剂减压阀，1-4为氧化剂进口电磁阀，1-5为周向布满小孔的氧化剂供给空心管道；2-1为隔离气体气瓶，2-2为隔离气体截止阀，2-3为隔离气体减压阀，2-4为隔离气体进口电磁阀，2-51、2-52、2-53、2-54为隔离气体在爆震管头部的四个进口 ；3-1、3-2、3-3、3-4为爆震管周向的四个点火器；4_1为液体燃料瓶，4-2为液体燃料截止阀，4-3为液体燃料进口电磁阀，4-4为通入液体燃料的爆震管空心外壁腔，4-5为垂直于轴向的燃油喷注小孔；5-1为燃油挤压气体气瓶，5-2为燃油挤压气体减压阀；6-1、6-2、6-3、6-4为将大管径爆震管分隔为四等分的隔板。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实例和附图对