一种高频率脉冲喷注装置的制作方法

本发明涉及冲压式发动机技术领域。

背景技术：

超燃冲压式发动机来流速度很快，燃料的驻留时间往往在毫秒级，对于液体碳氢燃料，还要考虑液滴破碎、雾化和蒸发过程，这些都增加了燃料实现完全化学反应所需要的时间和燃烧室长度。受发动机结构、质量等条件限制，燃烧室的长度不可能很长，因此，很难实现燃料与来流的完全掺混。超声速燃烧一般为扩散火焰，掺混效果直接决定了燃烧室的燃烧性能。因此，燃料的喷注与掺混技术一直是超燃冲压式发动机研究中的关键技术。

目前超燃冲压式发动机普遍采用的燃料喷注技术被分为被动式掺混增强和主动式掺混增强两种。其中，被动式掺混增强目前应用相对广泛，主要包括物理斜坡、凹腔、塔式结构等方式，主要存在以下几个问题：(1)能实现宏观大尺度的湍流，但在微观上的湍流不足以实现燃料与来流的高度掺混；(2)燃料与来流的混合有相对较长的过程，难以满足要求；(3)难以控制由于热释放造成的压力增长的影响。因此，基于各种大尺度强迫激励的主动掺混增强技术也是掺混增强技术的热门研究方向。研究开发高频率脉冲喷注装置作为一种有效的燃料的喷注与掺混技术，能有效实现燃料与来流在分子水平的混合尤显必要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高频率脉冲喷注装置，它能有效地解决发动机来流快速掺混的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高频率脉冲喷注装置，包括主结构体和传动轴，传动轴通过联轴器与伺服电机连接,传动轴的上部设有正方形端头，该端头与旋转盘底部的正方形盲孔配合并通过螺钉固定；主结构体的顶端设有喷射盘通过均布在圆周上的四个螺栓固定，主结构体上部为空腔结构，空腔上部设有带轴向通孔的旋转盘，空腔中部与旋转盘底面构成环形通道，空腔下部中心设有贯通的轴孔，左侧设有与环形通道连接的轴向注油孔，旋转盘外径圆周下方设有o型密封圈一，下端面设有圈o型密封圈二，传动轴位于主结构体下方的轴孔中；沿喷射盘径线方向的两个圆周上均布喷注通孔一，沿旋转盘径线方向与喷射盘上的喷注通孔相等的圆周上均布喷注通孔二。

所述的所有喷注通孔，分布在同一圆周上的通孔孔径相同；分布在不同圆周上的通孔，内圈通孔的孔径小于外圈通孔的孔径，且与通孔所分布的圆周的直径成正比关系。

均布在喷射盘(5)上的两个圆周上的喷注通孔一一交错分布。

所述旋转盘上均布喷注通孔二在单个圆周上的孔数为2或4的整数倍。

所述旋转盘上均布的喷注通孔二的孔轴心线处于同心放射的半径线上。

所述旋转盘的上端面设有同心的凹槽。

所述传动轴中部设有两个o型密封圈三。

所述主结构体上设有注油孔，注油孔使供油管道与装置内部空腔联通。

本发明的工作过程和原理：供油管道连接注油孔，燃料通过注油孔高压注入装置内部的空腔中。外接伺服电机通过联轴器驱动传动轴以一定转速转动，传动轴再通过其端部的正方形端头与旋转盘底部中心的正方形盲孔的配合，将转矩传递至旋转盘上，实现旋转盘的一定速度的转动。旋转盘的转动使位于其上的喷注通孔与位于喷射盘上的喷注通孔以一定频率周期性贯通或封闭，实现燃料的脉冲喷注，且因喷射盘、旋转盘的孔数、孔径以及旋转盘转速差异，燃料喷注的脉冲频率和喷注量会有较大差异。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：改进现有的燃料喷注与掺混技术，

一、本发明体积小、结构简单，加工难度不大，结构稳定可靠，满足恶劣工况的使用要求，零部件具有较好的互换性，装置整体易于维护与保养。

二、本发明有效地实现了燃料的脉冲喷注，可以实现对旋转盘的转速的精确控制，从而实现对燃料喷注频率和喷注量的控制。

进一步，本发明对喷注通孔的分布形式进行了特别设计：采用了喷射盘及旋转盘上的喷注通孔双圆周分布的形式，且所有喷注通孔，分布在同一圆周上的通孔孔径相同，分布在不同圆周上的通孔，内圈通孔的孔径小于外圈通孔的孔径，且与通孔所分布的圆周的直径成正比关系。

这样，装置在喷注燃料时，脉冲频率能够达到10⁴hz数量级，较好地满足了超燃冲压式发动机的燃料喷注要求，实现了燃料与来流的高度掺混，且不至于为达到所要求喷注频率使得同一圆周上喷注通孔分布过于密集，对喷射盘或旋转盘的强度产生影响。

其次，孔径的比例关系保证了每个喷注脉冲的时间长度保持一致，实现了燃料喷注过程中良好的脉冲特性。该种喷注装置体积小、结构简单，易于维护与保养，能提供高频率的脉冲燃料喷注流，使之与航空器来流充分掺混，满足超燃冲压式发动机燃烧要求。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构的爆炸视图；

图2为本发明实施例的总装结构剖视图；

图3为图2中e处的放大图；

图4为主结构体的轴测局剖图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1-4示出，本发明的一种具体实现方式是：一种高频率脉冲喷注装置，包括连接伺服电机及联轴器的传动轴1，传动轴1与喷注装置结构体连接,

所述的喷注装置结构体的组成是:喷射盘5与主结构体2通过均布在圆周上的螺栓连接固定，在结构内部形成空腔。空腔中放置旋转盘9，通过对外径表面下部的o型密封圈一4和底部端面o型密封圈二3的压紧作用造成其弹性形变，从而实现旋转盘9与喷射盘5的紧密贴合；传动轴1的正方形块端头与旋转盘9通过螺钉7连接固定，传动轴1与主结构体2下部中心的通孔接触部分安放两个杆用o型密封圈三11。

本例的喷射盘5在两个不同圆周上均布等量的喷注通孔一6，单个圆周上的孔数为4的整数倍。分布在该两个圆周上的喷注通孔一6不同时存在于喷射盘5的同一条半径线上，即该两个圆周上的通孔6交错分布。

本例的旋转盘9在两个不同圆周上均布等量的喷注通孔8，单个圆周上的孔数可为2或4的整数倍，无需与喷射盘5孔数相等，分布在该两个圆周上的喷注通孔二8孔轴心线处于旋转盘9的同一条半径线上。旋转盘9接触喷射盘5的一侧端面加工有与旋转盘同心的凹槽，另一侧端面中心加工有与传动轴1正方形端头相配合的正方形盲孔。

本例的所有喷注通孔，分布在同一圆周上的通孔孔径相同，分布在不同圆周上的通孔，内圈通孔的孔径小于外圈通孔的孔径，且与通孔所分布的圆周的直径成正比关系。

本例的主结构体2上加工有轴向注油孔10，注油孔10使供油管道与装置内部空腔联通。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种高频率脉冲喷注装置，涉及冲压式发动机技术领域。它能有效地解决发动机来流快速掺混的技术问题。传动轴上部的端头与旋转盘底部的正方形盲孔配合并通过螺钉固定；主结构体上部为空腔结构，顶端设有喷射盘主结构体空腔上部设有带轴向通孔的旋转盘，空腔中部与旋转盘底面构成环形通道，空腔下部中心设有贯通的轴孔，左侧设有与环形通道连接的轴向注油孔，传动轴位于主结构体下方的轴孔中；沿喷射盘径线方向的两个圆周上均布喷注通孔一，沿旋转盘径线方向与喷射盘上的喷注通孔相等的圆周上均布喷注通孔二。主要用于发动机来流快速掺混。

技术研发人员：高宏力;刘祺;邓维鑫;杨顺华
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2017.05.22
技术公布日：2017.07.28