一种基于内柱平动的旋转爆震矢量推进装置

本发明涉及爆震推进与矢量推进领域，具体为一种基于内柱平动的旋转爆震矢量推进装置。

背景技术：

1、旋转爆震发动机是一种利用旋转爆震燃烧产生推力的新型发动机。由于爆震燃烧具有释能快、自增压、熵增小和热循环效率高等潜在优点，已成为航空航天推进领域的研究热点。

2、矢量推进技术是先进飞行器不可或缺的技术之一，其核心原理是通过获得附加控制力矩以调节飞行姿态，能使飞行器减小起降滑跑距离。

3、传统的航空航天发动机通常采用安装矢量喷管的方式产生矢量推力，但矢量喷管具有结构复杂和控制难度高等缺点。旋转爆震发动机的燃烧室具有多种结构形式，包括环形燃烧室、空筒燃烧室和盘式燃烧室等。对于环形结构的旋转爆震燃烧室，可以采用内柱平动的方式造成燃烧室内旋转爆震波强度与燃气流动的不均匀，从而产生矢量推力。因此，本发明提出了一种基于内柱平动的旋转爆震矢量推进装置，在不引入结构设计与控制策略更复杂的矢量喷管的前提下使旋转爆震发动机具有矢量推进功能，可以简化发动机结构，对旋转爆震发动机的实际应用具有重要意义。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：

2、针对作为传统发动机矢量推进装置的矢量喷管结构复杂和控制难度高等问题，本发明提出了一种基于内柱平动的旋转爆震矢量推进装置，通过驱动伸缩臂和燃烧室头部旋盖，使得可动燃烧室内柱能够平动，造成燃烧室内旋转爆震波强度与燃气流动不均匀，从而产生矢量推力。本发明可以用于爆震推进等领域。

3、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

4、一种基于内柱平动的旋转爆震矢量推进装置，包括燃烧室头部、可动燃烧室内柱、伸缩臂和尾喷管。

5、所述燃烧室头部位于燃烧室前侧，与燃烧室同轴安装，包括喷注结构、燃烧室头部直线环板、燃烧室头部直线环板定位凸台、燃烧室头部耐高温密封圈、燃烧室头部自润滑轴套和燃烧室头部旋盖。所述喷注结构可采用环缝-环缝或环缝-喷孔等方式对氧化剂和燃料进行喷注与掺混；所述燃烧室头部直线环板位于喷注结构入口处所在壁面前方与燃烧室同轴，燃烧室头部直线环板内壁面与燃烧室头部自润滑轴套外壁配面合，燃烧室头部直线环板厚度l1应满足几何关系：l1＝αl0，其中，α为燃烧室头部直线环板厚度系数，取值范围为0.8～1.2，l0为燃烧室外环厚度，燃烧室头部直线环板外壁面半径r1应满足几何关系：r1＝β(r外-s)，其中，r外为燃烧室外环内壁面半径，β为燃烧室头部直线环板外壁面半径系数，取值范围为0.75～0.85，s为燃烧室头部喷注结构入口处靠近燃烧室中心侧到燃烧室外环内壁面的距离，燃烧室头部直线环板高度l2的取值范围为15～20cm；所述燃烧室头部直线环板定位凸台位于燃烧室头部直线环板后方，对燃烧室头部自润滑轴套后端进行定位，燃烧室头部直线环板定位凸台前壁面与喷注结构入口所处平面平齐，燃烧室头部直线环板定位凸台后壁面与喷注结构出口所处平面平齐，燃烧室头部直线环板定位凸台高度为l3，l3应满足几何关系：l3＝γl2，其中，γ为燃烧室头部直线环板定位凸台高度系数，取值范围为1/4～1/3；所述燃烧室头部耐高温密封圈位于燃烧室头部直线环板定位凸台中心处，用于密封燃烧室头部直线环板定位凸台与燃烧室头部旋盖直线环板外壁面之间的缝隙，防止燃气泄漏并延长燃烧室头部自润滑轴套工作寿命，燃烧室头部耐高温密封圈截面长度l4的取值范围为0.7～1.0cm，燃烧室头部耐高温密封圈截面宽度l5的取值范围为0.4～0.6cm；所述燃烧室头部自润滑轴套位于喷注结构入口处所在壁面前方与燃烧室同轴，燃烧室头部自润滑轴套外壁面与燃烧室头部直线环板内壁面配合，燃烧室头部自润滑轴套内壁面与燃烧室头部旋盖直线环板外壁面配合，燃烧室头部自润滑轴套后端依靠燃烧室头部直线环板定位凸台进行定位，燃烧室头部自润滑轴套前端依靠燃烧室头部旋盖直线环板定位凸台进行定位，燃烧室头部自润滑轴套可以使燃烧室头部旋盖相对于燃烧室头部直线环板进行旋转，并且相对于轴承结构更简单、更耐恶劣工况，燃烧室头部自润滑轴套长度为l2，燃烧室头部自润滑轴套厚度l6应满足几何关系：l6＝l3+δ，其中δ为燃烧室头部自润滑轴套厚度加工裕量，取值范围为0.2～0.25cm；所述燃烧室头部旋盖位于燃烧室头部自润滑轴套前方，与燃烧室同轴，包括燃烧室头部旋盖直线环板、燃烧室头部旋盖直线环板定位凸台、燃烧室头部旋盖开放式环形安装边和燃烧室头部旋盖内柱平动滑道；所述燃烧室头部旋盖直线环板位于燃烧室头部直线环板内侧并与燃烧室头部直线环板同轴安装，燃烧室头部旋盖直线环板外壁面半径r2应满足几何关系：r2＝r1-l1-l6，燃烧室头部旋盖直线环板外壁面与燃烧室头部自润滑轴套内壁面配合；燃烧室头部旋盖直线环板定位凸台位于燃烧室头部自润滑轴套前方，对燃烧室头部自润滑轴套前端进行定位，燃烧室头部旋盖直线环板定位凸台的高度和宽度均与燃烧室头部直线环板定位凸台的高度和宽度相同；所述燃烧室头部旋盖开放式环形安装边位于燃烧室头部旋盖直线环板定位凸台前方，环线的圆心经过燃烧室中轴线，燃烧室头部旋盖开放式环形安装边外壁面的半径为r2，燃烧室头部旋盖开放式环形安装边的厚度l7应满足几何关系：l7＝εl1，其中ε为燃烧室头部旋盖开放式环形安装边厚度系数，取值范围为0.75～1.25，燃烧室头部旋盖开放式环形安装边为中间贯通开口的“()”形状，燃烧室头部旋盖开放式环形安装边中间贯通开口的宽度l8应满足几何关系：l8＝(1+η)l9，其中，η为燃烧室头部旋盖开放式环形安装边中间贯通开口宽度裕度系数，取值范围为0.05～0.10，l9为燃烧室头部旋盖内柱平动滑道定位凸台非定位面之间的距离；所述燃烧室头部旋盖内柱平动滑道位于燃烧室头部旋盖开放式环形安装边中间贯通开口处，包括燃烧室头部旋盖内柱平动滑道中空弧面滑道、燃烧室头部旋盖内柱平动滑道定位凸台和燃烧室头部旋盖内柱平动滑道耐高温密封圈；所述燃烧室头部旋盖内柱平动滑道中空弧面滑道位于燃烧室头部旋盖开放式环形安装边中间贯通开口处，从一端的开口沿直线延伸至另一端开口，与可动燃烧室内柱滑盖配合，燃烧室头部旋盖内柱平动滑道中空弧面滑道的弧面角度θ1的取值范围为100°～130°，燃烧室头部旋盖内柱平动滑道中空弧面滑道的中部开有直槽口，燃烧室头部旋盖内柱平动滑道中空弧面滑道中部直槽口宽度l10应满足几何关系：l10＝(1+ξ)·2r内，其中，ξ为燃烧室头部旋盖内柱平动滑道中空弧面滑道中部直槽口宽度裕度系数，取值范围为0.05～0.10，r内为可动燃烧室内柱后端圆柱半径，燃烧室头部旋盖内柱平动滑道中空弧面滑道中部直槽口两端直线的长度l11应满足几何关系：l11＝2lmax，其中，lmax为可动燃烧室内柱平动过程中当尾喷管最小喉部距离减小至可动燃烧室内柱未偏离中心位置状态下的35％时可动燃烧室内柱相对于燃烧室中轴线平动的距离；所述燃烧室头部旋盖内柱平动滑道定位凸台位于燃烧室头部旋盖内柱平动滑道中空弧面滑道上的两侧，方向与燃烧室头部旋盖内柱平动滑道中空弧面滑道平行，燃烧室头部旋盖内柱平动滑道定位凸台非定位面之间的距离为l9，燃烧室头部旋盖内柱平动滑道定位凸台定位面与可动燃烧室内柱滑盖底部配合，防止可动燃烧室内柱侧倾摇动；所述燃烧室头部旋盖内柱平动滑道耐高温密封圈环绕燃烧室头部旋盖内柱平动滑道中空弧面滑道中部直槽口，燃烧室头部旋盖内柱平动滑道耐高温密封圈环与燃烧室头部旋盖内柱平动滑道中空弧面滑道中部直槽口之间的距离l12的取值范围为0.4～0.8cm，燃烧室头部旋盖内柱平动滑道耐高温密封圈环的宽度l13的取值范围为0.6～1.0cm，起密封作用，防止可动燃烧室内柱平动过程中燃气泄漏。

6、所述可动燃烧室内柱与燃烧室平行安装，包括可动燃烧室内柱头部、可动燃烧室内柱滑盖和可动燃烧室内柱后端圆柱。所述可动燃烧室内柱头部受压将可动燃烧室内柱抵紧于燃烧室头部旋盖内柱平动滑道，可动燃烧室内柱头部与伸缩臂移动体固连，受伸缩臂驱动平动；所述可动燃烧室内柱滑盖为圆弧面，与燃烧室头部旋盖内柱平动滑道中空弧面滑道配合，下端与燃烧室头部旋盖内柱平动滑道定位凸台定位面配合，可动燃烧室内柱滑盖圆弧面的角度θ2应满足几何关系：θ2＝κθ1，其中，κ为可动燃烧室内柱滑盖圆弧面角度系数，取值范围为0.7～0.9，可动燃烧室内柱滑盖圆弧面长度l14应满足几何关系：l14＝(2+v)·(0.5l10+l11+l12+l13)，其中，v为可动燃烧室内柱滑盖圆弧面长度裕度系数，取值范围为0.05～0.10；所述可动燃烧室内柱后端圆柱位于可动燃烧室内柱后侧，与可动燃烧室内柱滑盖固连，方向平行于燃烧室中轴线。

7、所述伸缩臂位于燃烧室头部旋盖前方，包括伸缩臂固定体和伸缩臂移动体。所述伸缩臂固定体对称横跨固定于燃烧室头部旋盖开放式环形安装边中间贯通开口上侧两端处；所述伸缩臂移动体与可动燃烧室内柱头部固定连接；伸缩臂可由伸缩缸或电机等装置驱动，使伸缩臂移动体带动可动燃烧室内柱平动。

8、所述尾喷管位于燃烧室后部，为塞式喷管，包括塞式喷管外环和塞式喷管中心锥。尾喷管结构限制了可动燃烧室内柱最大平动距离lmax，所述可动燃烧室内柱最大平动距离lmax为可动燃烧室内柱平动过程中当尾喷管最小喉部距离减小至可动燃烧室内柱未偏离中心位置状态下的35％时可动燃烧室内柱相对于燃烧室中轴线平动的距离。

9、有益效果：

10、采用本发明提供的一种基于内柱平动的旋转爆震矢量推进装置，通过燃烧室内柱平动，造成燃烧室内旋转爆震波强度与燃气流动不均匀，从而可以在不引入具有结构复杂和控制难度高等缺点的矢量喷管的前提下，产生矢量推力。本发明可以用于旋转爆震矢量推进等领域。