专利名称：一种吸气式脉冲爆震发动机进气道的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机技术领域，尤其是一种发动机进气道。
背景技术：
脉冲爆震发动机是一种利用间歇式或脉冲式爆震波产生推力的新概念发动机。与 常规发动机(如涡轮喷气发动机和活塞发动机等)内的爆燃燃烧不同，脉冲爆震发动机内 的燃烧过程是爆震燃烧。爆震与爆燃不同之处在于，其本身具有很高的增压能力，爆震波 前后压力比在空气为氧化剂的混合物中可以达到20-40倍，产生的强激波会反向传回进气 道，因而爆震燃烧室对进气道的要求很高。为了防止爆震引起的流动振荡导致进气道不启动，脉冲爆震发动机通常需要一个 进气道/爆震室隔离段，以阻止在循环的特定时段内爆震从爆震室传入进气道。按照这个 隔离段的实现方式，可以将脉冲爆震发动机分为有阀和无阀脉冲爆震发动机两种。有阀脉 冲爆震发动机中，隔离段是一个机械阀，安装在爆震室和进气道之间。在爆震起爆、传播和 排气过程中，阀门关闭，填充过程中阀门打开。阀门关闭过程中会带来很大的迎风面积，而 空气来流的滞止也会产生极大的性能损失。无阀脉冲爆震发动机进气道和爆震室之间的隔 离是通过气动力学实现的。气动阀结构简单，也解决了来流滞止带来的不利影响。但是，爆 震波的形成原理要求气动阀具有正向流阻小，反向流阻大的特点。正向进气阻力小保证脉 冲爆震发动机高效进气；反向流动阻力大，形成近似于封闭的效果，有利于激波的叠加，形 成爆震波，同时阻止激波和燃烧产物反向传出发动机，抑制激波反传引起的进气道内振荡， 减小反流引起的负推力。目前无阀脉冲爆震发动机的气动阀都存在正向流动阻力和单向控 制能力不能很好解决的问题。综上所述，现有有阀和无阀脉冲爆震发动机均具有不可忽视的缺点有阀脉冲爆 震发动机阀门关闭会带来很大的迎风面积，产生极大的性能损失；而无阀脉冲爆震发动机 的气动阀存在正向流动阻力和单向控制能力不能很好解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术正向流阻和反流控制的矛盾，本发明提供一种脉冲爆震发动机 进气道结构，能够实现较小的正向流动阻力，同时抑制和利用反向流动，提高发动机推力， 加快排气过程，提高发动机工作频率。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括进气道外壳、中心体、支架、作 动机构和放气管，进气道外壳与中心体形成了一个环形空腔，即进气环腔，中心体通过支架 固定在进气道内，支架中开有通孔，通孔与中心体内的油路联通，燃油经支架内的通孔和中 心体内的油路由安装在中心体后端面的喷嘴沿进气道轴向喷注。进气道外壳从前向后五分 之二至五分之四处依次开有若干放气孔或槽，放气孔或槽均被包在进气道外壳上的放气管 入口内，放气管出口朝向进气道下游。作动机构为一圆环，与进气环腔间隙配合，可在进气 道内沿轴向前后作动，作动机构上开有多排孔或槽，并在圆环内侧有一向进气道轴线方向突起的台阶作为作动块，孔或槽以及作动块满足下述作动要求作动机构沿进气道轴向后 作动时，作动机构的孔或槽与放气孔或槽完全不重合，作动块与进气环腔之间的间距大于 进气环腔的间隙宽度；作动机构沿进气道向前作动时，作动块前侧的孔或槽与放气孔或槽 重合，作动块后侧的孔或槽与放气孔或槽不重合，作动块封闭进气环腔；作动机构沿进气道 继续向前作动时，作动机构的孔或槽与放气孔或槽重合，作动块封闭进气环腔。作动块前后的放气孔或槽可以分布在同一轴向截面上，也可以沿周向错开。作为本发明的优选方案，可以用超音速进气道中心体和超音速进气道外壳形成超 音速脉冲爆震发动机进气道和气动阀系统；也可以用亚音速中心体和亚音速进气道外壳形 成亚音速脉冲爆震发动机进气道和气动阀系统。作为本发明的优选方案，作动机构可以使用电动执行结构或液压驱动在进气道内 沿轴向前后作动，也可以通过弹簧和爆震室内压力来自适应控制，利用发动机点火起爆后 的高压驱动作动机构，不需使用电动执行结构或液压，简化结构。弹簧轴向安装在作动机构 和进气道壁面之间，作用是将作动机构恢复零点状态，同时确保作动机构的移动距离，其刚 性要求满足爆震室内高压冲击条件下而保持弹簧的效用(来流经进气环腔进入发动机，作 动机构上的孔或槽与放气孔或槽完全不重合，此时为作动机构的零点状态)。填充时来流冲 压驱动作动块向下游移动，燃料氧化剂供入发动机；点火起爆后，爆震室内高压驱动作动机 构向上游移动，实现作动机构上的孔或槽与放气孔或槽的匹配工作。作为本发明的优选方案，作动机构的作动块可以设计成文丘里结构，降低来流损 失，加强空气和燃油的掺混。作为本发明的优选方案，当脉冲爆震发动机采用多爆震室结构(多个并联的爆震 室沿周向分布)时，作动机构可以设计成由多个作动单元组成，每个作动单元与对应的爆 震室配合，实现降低来流阻力，利用反流生成正向推力和加快排气速度、提高工作频率的目 标。当多管脉冲爆震发动机利用旋转阀等机构实行各爆震室次序工作时，作动机构及进气 道放气孔或槽都可以进行相应的简化，即进气道外壳的放气孔或槽与作动机构的孔或槽的 数量均减少。在爆震室的填充和点火阶段，作动机构处于静止状态，放气孔或槽关闭；爆震 室起爆及排气阶段，作动机构与放气孔或槽配合，爆震室内反流经放气孔或槽进入放气管， 排向发动机下游，生成正向推力，加快爆震室排气过程，提高爆震室的工作频率。所述的放气管根据需要可以设计成多个独立的管道，也可以设计成整体环绕在进 气道壳体外侧的放气环管。为了更好的抑制和利用反流，可将放气管设计成双层环管结构，其中外层环管 (称为来流放气管)的封闭端比内层管(称为反流放气管)封闭端与进气道进口的轴向距 离小，而来流放气管出口也比反流放气管出口与进气道出口的轴向距离小。放气管还可以 设计成独立的周向错开分布的两类放气管来流放气管和反流放气管，两种放气管可以做 成独立的圆管形状，开口均朝向进气道下游；此时，放气孔或槽中作为来流放气的孔槽和作 为反流放气的孔槽需对应错位布置。双层放气环管或者独立的来流放气管与反流放气管结 构可以将流入放气管的来流和反流隔开，防止高压反流经放气孔或槽反向流入进气道，产 生额外的阻力和副推力。本发明工作时，在脉冲爆震发动机填充阶段，作动机构处于常开状态，也就是说其 上的孔槽与放气孔槽均没有重合，空气来流全部经进气道外壳和中心体形成的进气环腔流向下游。当填充结束时，作动机构沿轴向朝上游作动，作动机构与进气道外壳和中心体间隙 配合，封闭进气环腔；与此同时，作动机构孔槽仅与作为来流放气的放气孔槽重合，空气来 流可以通过来流放气孔槽流入放气管，排向发动机下游，降低了来流的冲压阻力，而由于进 气环腔封闭，反流孔槽也处于关闭状态，在此条件下点火有利于快速形成爆震波。爆震生成 后，作动机构继续沿轴向朝上游作动，作动机构孔槽同时与全部的放气孔槽重合，空气来流 通过放气孔槽流入放气管，点火、起爆后生成的反传激波和反流经放气孔槽流入放气管，排 向发动机下游，利用反流生成正向推力，同时加快排气速度，有利于提高发动机工作频率。 当发动机排气结束时，作动机构向下游作动，恢复常开进气状态，循环重新开始。本发明的有益效果是本发明的脉冲爆震发动机进气道可以在高速飞行条件下实 现较小的正向流动阻力，同时抑制和利用反向流动，提高发动机推力，加快排气速度，提高 发动机工作频率。可用于单管和多管脉冲爆震发动机进气道。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构剖面图，图1(b)为图1(a)所示旋转90°的剖视图。图2是整体作动机构示意图，图2(a)为整体作动机构俯视图，图2 (b)为图2(a) 上A-A剖面图，图2(c)为三维效果图。图3是多单元作动组件示意图，图3(a)为单个作动件俯视图，图3 (b)为图3(a) 上A-A剖面图，图3(c)为单个作动件的三维效果图。图4是爆震混合物填充混合过程示意图。图5是作动机构主动控制时，进气道降低流阻、抑制和利用反流原理时序图；图5 (a)为发动机点火时进气道内流动情况示意图；图5(b)为爆震形成后，激波和流动反向传向进气道；图5 (C)为激波和流动进一步反向传播，到达作动块；图5(d)为作动块反向作动，激波和反流经放气孔槽12流入放气管；图5 (e)为膨胀波反传到进气道。图6是爆震压力驱动作动机构的结构图。图7是爆震压力驱动作动机构时，进气道降低流阻、抑制反流原理时序图；图7 (a)为爆震形成时进气道和爆震室前段激波和流动情况示意图；图7(b)为爆震形成后，激波反传驱动作动机构，来流经来流放气孔槽流入放气 管；图7(c)为反传激波和流动进一步驱动作动机构，反流放气孔槽打开，激波和反流 经放气孔槽12流入放气管；图7 (d)为膨胀波反传到进气道，作动机构开始向下游作动；图7 (e)为作动机构恢复常开进气状态。图中1.进气道外壳，11.来流放气孔槽，12.反流放气孔槽，2.中心体，3.支架， 4.作动机构，41.放气孔槽，42.作动块，5.放气管，51.来流放气管，52.反流放气管，6.喷 嘴，7.定位栓。
具体实施例方式本发明的脉冲爆震发动机进气道包括进气道外壳1、中心体2、支架3、作动机构4、 放气管5和喷嘴6组成，进气道开口向前，如图1所示。支架3可以沿周向均布2或多个， 如图1(a)。作动机构4由电动执行机构或者液压机构驱动，可以做成一个整体的沿轴向前 后作动结构，如图2，也可由多个作动单元组成，如图3。进气道外壳从前向后五分之二至五 分之四处依次开有多排的来流放气孔槽11和反流放气孔槽12，与作动机构4上开的放气 孔槽41配合使用。来流放气孔槽11和反流放气孔槽12分别分布在放气管5的外层流道 (称为来流放气管51)和内层流道内(称为反流放气管52)。来流放气管51的封闭端比反 流放气管52封闭端与进气道进口的轴向距离小，而来流放气管51的出口也比反流放气管 52出口与进气道出口的轴向距离小。喷嘴6安装在中心体2后端面上，燃油通过喷嘴沿进 气道轴向喷射，喷嘴数量由发动机尺寸和工作频率确定。作动孔槽41的数量设计成比来流 孔槽11与反流孔槽12之和更多，其开孔位置与来流孔槽11与反流孔槽12的位置要满足 两个要求，即通过轴向作动可以实现孔槽41与进气道外壳放气孔槽11或12分别重合，也 可实现孔槽41与放气孔槽11和12同时重合。脉冲爆震发动机填充阶段，作动机构4处于常开状态，如图4所示，进气道内流道 与放气管5处于封闭状态，来流全部经进气环腔流向下游。作动机构4还有加强掺混和雾 化燃油的作用，来流在作动块42的型面作用下流向喷嘴喷出的燃油，有利于燃油的进一步 雾化及与空气来流的掺混，如图4所示。与此同时，作动机构还能够吸收多循环爆震形成的 循环热，加热下一循环的新鲜空气和燃油。反应物填充结束后，作动机构4在电动执行机构或者液压机构的作用下沿轴向向 上游作动，作动距离由执行机构控制，使得作动机构4上的作动块42与进气道外壳1和中 心体2间隙配合，将进气环腔封闭；与此同时，作动机构4上的放气孔槽41与进气道外壳 上分布的来流放气孔槽11重合，但反流放气孔槽12仍然关闭，这样，来流可从来流放气孔 槽11经来流放气管51流向下游，降低进气阻力，同时发动机进气道处于封闭状态，有利于 可靠点火和快速起爆。发动机起爆后，作动机构4继续向上游作动，作动距离由执行机构控 制，确保作动机构4上的放气孔槽41与进气道外壳上分布的来流放气孔槽11及反流放气 孔槽12均重合，来流放气孔槽11和反流放气孔槽12同时打开，来流从来流放气孔槽11经 来流放气管51流向下游，降低进气阻力；反流经反流放气孔槽12经反流放气管51流向发 动机下游，产生正向推力，同时加快了排气速度，有利于提高发动机工作频率。发动机起爆 前后，进气道内流动和激波传播过程如图5 (a)-5(e)所示。在不使用电动执行机构或者液压机构，而利用发动机点火起爆后的高压和弹簧驱 动作动机构4的实施例中，发动机的填充过程与前完全相同，但随后的点火起爆过程中作 动机构4的作动过程与前略有不同。图7(a)_7(e)为爆震压力驱动作动机构时，作动机构 时序作动，降低进气流阻、抑制反流增推及加速排气的原理图。由于作动机构4由高压驱 动，所以在发动机点火产生前传激波前，作动机构4不会向上游作动，也就是说发动机在进 气环腔打开的条件下点火、起爆，如图7(a)；而作动后，由于受高压驱动，作动机构4的前向 作动可能不如采用电动执行机构时精确和可控，属于被动自适应控制。同时必须在进气道 外壳内壁面安装前、后定位栓7，如图6，结合弹簧限制作动机构4的作动范围，并利用弹簧 恢复其初始位置(复位)。
权利要求
一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，包括进气道外壳、中心体、支架、作动机构和放气管，其特征在于进气道外壳与中心体形成了一个环形空腔，即进气环腔，中心体通过支架固定在进气道内，支架中开有通孔，通孔与中心体内的油路联通，燃油经支架内的通孔和中心体内的油路由安装在中心体后端面的喷嘴沿进气道轴向喷注，进气道外壳从前向后五分之二至五分之四处依次开有若干放气孔或槽，放气孔或槽均被包在进气道外壳上的放气管入口内，放气管出口朝向进气道下游，作动机构为一圆环，与进气环腔间隙配合，可在进气道内沿轴向前后作动，作动机构上开有多排孔或槽，并在圆环内侧有一向进气道轴线方向突起的台阶作为作动块，孔或槽以及作动块满足下述作动要求作动机构沿进气道轴向后作动时，作动机构的孔或槽与放气孔或槽完全不重合，作动块与进气环腔之间的间距大于进气环腔的间隙宽度；作动机构沿进气道向前作动时，作动块前侧的孔或槽与放气孔或槽重合，作动块后侧的孔或槽与放气孔或槽不重合，作动块封闭进气环腔；作动机构沿进气道继续向前作动时，作动机构的孔或槽与放气孔或槽重合，作动块封闭进气环腔。
2.根据权利要求1所述的一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，其特征在于所述的作 动块前后的放气孔或槽分布在同一轴向截面上或沿周向错开。
3.根据权利要求1所述的一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，其特征在于所述的进 气道外壳和中心体用超音速进气道中心体和超音速进气道外壳形成超音速脉冲爆震发动 机进气道和气动阀系统；或者用亚音速中心体和亚音速进气道外壳形成亚音速脉冲爆震发 动机进气道和气动阀系统。
4.根据权利要求1所述的一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，其特征在于所述的作 动机构使用电动执行结构或液压驱动在进气道内沿轴向前后作动，或者通过弹簧和爆震室 内压力来自适应控制，利用发动机点火起爆后的高压驱动作动机构，所述的弹簧轴向安装 在作动机构和进气道壁面之间，使得作动机构恢复其上的孔或槽与放气孔或槽完全不重合 的状态，同时确保作动机构的移动距离，其刚性要求满足爆震室内高压冲击条件下而保持 弹簧的效用。
5.根据权利要求1所述的一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，其特征在于所述的作 动块设计成文丘里结构。
6.根据权利要求1所述的一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，其特征在于当脉冲爆 震发动机多个并联的爆震室沿周向分布时，所述的作动机构由多个作动单元组成，每个作 动单元与对应的爆震室配合。
7.根据权利要求1所述的一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，其特征在于当多管脉 冲爆震发动机利用旋转阀等机构实行各爆震室次序工作时，所述的进气道外壳的放气孔或 槽与作动机构的孔或槽的数量均减少，在爆震室的填充和点火阶段，作动机构处于静止状 态，放气孔或槽关闭；爆震室起爆及排气阶段，作动机构与放气孔或槽配合，爆震室内反流 经放气孔或槽进入放气管，排向发动机下游，生成正向推力。
8.根据权利要求1所述的一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，其特征在于所述的放 气管是多个独立的管道或者是整体环绕在进气道壳体外侧的放气环管。
9.根据权利要求1所述的一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，其特征在于所述的放 气管设计成双层环管结构，其中外层环管的封闭端比内层管的封闭端与进气道进口的轴向 距离小，而外层环管出口也比内层管出口与进气道出口的轴向距离小。
10.根据权利要求1所述的一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，其特征在于所述的放 气管设计成独立的周向错开分布的两类放气管来流放气管和反流放气管，两种放气管可 以做成独立的圆管形状，开口均朝向进气道下游；此时，放气孔或槽中作为来流放气的孔槽 和作为反流放气的孔槽需对应错位布置。
全文摘要
本发明公开了一种吸气式脉冲爆震发动机进气道，进气道外壳与中心体形成了进气环腔，燃油由中心体后端面的喷嘴沿进气道轴向喷注，在进气道外壳上朝向进气道下游的放气管入口内开有放气孔槽，作动机构在进气道内沿轴向前后作动，作动机构上开有多排孔槽并有作动块，通过轴向作动可以实现孔槽与进气道外壳放气孔槽分别重合，也可实现孔槽与放气孔槽同时重合。本发明可以在高速飞行条件下实现较小的正向流动阻力，同时抑制和利用反向流动，提高发动机推力，加快排气速度，提高发动机工作频率。
文档编号F02K7/20GK101956631SQ201010500469
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者严传俊, 王治武, 范玮, 郑龙席 申请人:西北工业大学