应用于微型涡轮发动机起动系统的煤油点火器及点火方法与流程

技术领域：

该专利公开了一种应用于微型涡轮发动机起动系统的煤油点火器及点火方法，属于微型涡轮发动机控制领域。

背景技术：
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微型涡轮发动机是一个基于现代先进加工技术的一个新兴的研究领域。它是一种特殊的航空发动机，具有体积小、重量轻、推重比大的特点，在军用和民用领域具有广阔的应用前景。

微型涡轮发动机具有独特的设计结构，在控制方法和性能特性上都有别于大型的航空发动机。首先，微型涡轮发动机没有专门的电子打火装置和燃油雾化装置，而是利用蒸发管直接将燃油供入燃烧室。传统起动过程是将丙烷气通入燃烧室进行预燃，此后，燃油流经蒸发管时受热气化，煤油蒸气进入燃烧室燃烧。由于需要专门的点火燃料（如丙烷）来点燃煤油蒸气，使得其应用场合受限。

由于微型涡轮发动机没有燃油雾化装置，利用点火器直接将煤油点燃，难度很大。为此，需要设计特殊结构的煤油点火器，能够在点火器内将煤油气化，并在出口处将煤油蒸气点燃，形成火炬。而且，点火器的密封性要好，点火可靠性要高。微型涡轮发动机采用煤油点火器，取代原来的丙烷气点火起动方式，其原有点火控制方法不再适用，有必要重新设计一套可行的点火控制方法。

技术实现要素：
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本发明提出的是一种应用于微型涡轮发动机起动系统的煤油点火器及点火方法，其目的在于解决提供微型涡轮发动机无法靠单一燃料快速可靠起动的问题。

本发明的技术解决方案：

应用于微型涡轮发动机起动系统的煤油点火器，其结构包括点火器壳体、陶瓷点火芯和进油接头；点火器壳体内部有一空腔，空腔顶部有a内螺纹孔，陶瓷点火芯表面有a外螺纹，点火器壳体右侧有一正方形托台，托台内部有b内螺纹孔，进油接头左端有b外螺纹，点火器壳体与陶瓷点火芯通过a外螺纹和a内螺纹孔配合连接，点火器壳体与进油接头通过b内螺纹孔与b外螺纹配合连接；点火器壳体内壁上有螺旋形引流槽，可将进油接头里的液态煤油均匀引导到陶瓷点火芯表面；点火器壳体与陶瓷点火芯连接处、点火器壳体与进油接头连接处和陶瓷点火芯与进油接头接触处各有一铜质垫圈，用于密封煤油。

应用于微型涡轮发动机起动系统的煤油点火器的点火方法，包括如下步骤：

1）液态煤油通过进油接头进入点火器，均匀分布于陶瓷芯表面；

2）控制煤油输入量，接通煤油点火器的电源，持续2秒后打开点火阀，陶瓷点火芯的表面产生炽热高温，煤油在其表面蒸发、气化并点燃，产生喷入燃烧室的火焰；

3）微型涡轮发动机排气温度超过室温60摄氏度时，打开主油阀，并控制燃油泵输出路起动时所需的燃油量；

4）当排气温度大于200摄氏度时，切断点火阀和煤油点火器电源，点火控制过程完成。

本发明的优点：

1、避免了高压电磁脉冲点火方法的强电磁干扰、电热丝点火器容易烧毁等可靠性问题，具有寿命长、可靠性高的优点；

2、该煤油点火器点火控制方法安全可靠,可实现微型涡轮发动机单一燃料的点火起动。

3、陶瓷点火芯结构设计便于固定、密封；点火器壳体结构设计使附着于点火芯的油膜均匀分布。

附图说明：

附图1是煤油点火器的总体装配图；

附图2是点火器壳体结构图；

附图3是进油接头结构图；

附图4是陶瓷点火芯结构图；

附图5是微型涡轮发动机起动系统；

附图6是微型涡轮发动机点火控制流程图。

具体实施方式：

应用于微型涡轮发动机起动系统的煤油点火器，包括点火器壳体、陶瓷点火芯和进油接头；点火器壳体内部有一空腔，空腔顶部有a内螺纹孔，陶瓷点火芯表面有a外螺纹，点火器壳体右侧有一正方形托台，托台内部有b内螺纹孔，进油接头左端有b外螺纹，点火器壳体与陶瓷点火芯通过a外螺纹和a内螺纹孔配合连接，点火器壳体与进油接头通过b内螺纹孔与b外螺纹配合连接；点火器壳体内壁上有螺旋形引流槽，可将进油接头里的液态煤油均匀引导到陶瓷点火芯表面；点火器壳体与陶瓷点火芯连接处、点火器壳体与进油接头连接处和陶瓷点火芯与进油接头接触处各有一铜质垫圈，用于密封煤油。

所述陶瓷点火芯包括引出负极的铜材料、六角螺母、a外螺纹段和陶瓷芯；所述铜材料、六角螺母和a外螺纹段为环装结构，套于陶瓷芯上，陶瓷芯最上方为铜材料，铜材料下方为六角螺母，六角螺母下方为a外螺纹段，所述陶瓷芯顶部有用于供电的正极接头；陶瓷点火芯旋入点火器壳体后压紧连接处的铜质垫圈，防止煤油泄漏。

所述点火器壳体内壁与陶瓷点火芯的陶瓷芯之间存在间隙，宽度为0.1~0.3mm；点火器壳体内壁上有螺旋形引流槽，将进油接头的液态煤油均匀地引导到陶瓷芯上。

所述进油接头右端连接油管，左端连接点火器壳体；进油接头右端有一凸起，使得管道不易脱落；进油接口中部是正六方形螺帽，便于工具夹持操作；进油接头左端是b外螺纹段，用于连接点火器壳体。

所述微型涡轮发动机起动系统包括油箱、油泵、点火阀、主油阀、电子控制器、上位机、微型涡轮发动机、油管和三通接头；上位机连接电子控制器信息输入端，电子控制器信息输出端连接油泵、主油阀、微型涡轮发动机、煤油点火器和点火阀的信息输入端，油箱输出口通过油管连接油泵输入口，油泵输出口通过油管连接三通接头a1接口，三通接头a2接口通过油管连接点火阀b1端，三通接头a3接口通过油管连接主油阀c1端，点火阀b2端通过油管连接煤油点火器，主油阀c2端通过油管连接微型涡轮发动机，煤油点火器安装于微型涡轮发动机上；上位机运行微型涡轮发动机监控程序，向电子控制器发送控制指令，并接收电子控制器返回的发动机实时状态参数，电子控制器控制油泵的输出煤油流量、点火阀和主油阀的开关状态，同时测量发动机的排气温度和转速状态参数。

所述油泵是1000-a型齿轮泵，所述微型涡轮发动机是simjet1200型微型涡轮发动机，所述起动阀和主油阀采用直流电磁阀。

应用于微型涡轮发动机起动的煤油点火器的点火方法，包括如下步骤：

1）液态煤油通过进油接头进入点火器，均匀分布于陶瓷芯表面；

2）控制煤油输入量，接通煤油点火器的电源，持续2秒后打开点火阀，陶瓷点火芯的表面产生炽热高温，煤油在其表面蒸发、气化并点燃，产生喷入燃烧室的火焰；

3）微型涡轮发动机排气温度超过室温60摄氏度时，打开主油阀，并控制燃油泵输出路起动时所需的燃油量；

4）当排气温度大于200摄氏度时，切断点火阀和煤油点火器电源，点火控制过程完成。

下面结合附图具体说明：

如图1所示，沿壳体的中心线剖开壳体和垫片，显示陶瓷点火芯、进油接口与点火器壳体的连接关系，陶瓷点火芯与点火器壳体间配有铜质垫圈，进油接口与点火器壳体间也配有铜质垫圈，主要通过压紧铜质垫圈来起到密封效果，陶瓷点火芯与点火器壳体出口内壁间的间隙宽度为0.2mm。

如图2所示，点火器壳体顶部有内螺纹孔，通过该螺纹与陶瓷点火芯配合，右侧有一段正方形托台，其内部有螺纹，用于连接进油接口；整个点火器壳体内部是空腔，与陶瓷点火芯间隙配合的壁面有螺旋形引流槽。

如图3所示，进油接口中煤油管路直接套装在进油接口的右侧端部；端部的突起部分起密封作用，并使得管道不易脱落；进油接口听中部是正六方过渡段，便于工具夹持操作；最左端是外螺纹，用于把进油接口连接到点火器壳体上。

如图4所示，正极接头直接从陶瓷点火芯顶部引出，a是引出负极的铜材料，b是六角螺母，装配时便于工具夹持，将陶瓷点火芯旋入点火器壳体内，c是螺纹段，与点火器壳体内螺纹相配合，可将陶瓷点火芯与点火器壳体装配成一体，d是陶瓷芯。

如图5所示，微型涡轮发动机起动控制系统主要包括油箱（内有航空煤油）、油泵、点火阀、主油阀、电子控制器、上位机、微型涡轮发动机、油管及三通接头等。上位机运行微型涡轮发动机监控程序，向电子控制器发送控制指令，并接收电子控制器返回的发动机实时状态参数。电子控制器控制油泵的输出煤油流量，并控制点火阀和主油阀的开关状态，同时测量发动机的排气温度和转速等状态参数。按照图5连接微型涡轮发动机起动控制系统的油路和电路，然后开始起动控制过程。

如图6微型涡轮发动机点火流程图所示：首先打开点火器，2秒后陶瓷点火芯产生炽热高温；打开点火阀和油泵，输出点火器所需的燃油量；在涡轮发动机排气温度比当前室温升高60度时，打开主油阀，并控制油泵输出主油路起动时所需的燃油量；当排气温度上升到200度以上时，切断起动阀和煤油点火器电源，到达该状态时微型涡轮发动机点火成功。