一种旋转爆震发动机装置和飞行器的制作方法

本申请涉及发动机领域，更具体地，涉及一种旋转爆震发动机装置和飞行器。

背景技术：

1、自然界中存在缓燃燃烧和爆震燃烧两种燃烧方式，缓燃燃烧的火焰传播速率相对较低，内燃机、航空发动机和燃气轮机等动力装置内的燃烧方式均为缓燃燃烧。爆震燃烧的特点在于燃烧区的上游为激波结构，激波与燃烧区耦合在一起传播，爆震燃烧的火焰传播速度远高于缓燃燃烧，通常能达到数千米每秒。旋转爆震发动机就是利用爆震这种燃烧方式创造的一种发动机类型，爆震波沿着发动机圆轴向传播，持续连续点燃喷进燃烧室的燃料。

2、航空航天领域竞争越来越激烈，伴随着对高超音速飞行器及单级入轨动力系统的研究的不断深入，新型的旋转爆震发动机技术得到了快速的发展。旋转爆震发动机与传统的航空发动机、火箭发动机等有根本差异，旋转爆震发动机可以在低压比下产生较大的推力，燃烧室设计的更小，获得推重比更高。研究表明，基于爆震燃烧的推进技术能够极大的减低燃油消耗，大幅度提高动力装置的比冲特性，对拓宽吸气式飞行器工作包线、提升现有武器装备经济性和作战性能具有重要的意义。

3、爆震发动机按照其工作模式可以大致分为以下三类：脉冲爆轰发动机、连续旋转爆轰发动机(rde)以及斜爆轰发动机。爆震发动机按照其应用方式可以分为火箭式爆轰发动机、冲压式爆轰发动机以及组合式爆轰发动机。

4、由于气体燃料和液体燃料具有流动性强和易于推送控制的特点，旋转爆震发动机普遍采用气体燃料或者液体燃料进行爆震燃烧。旋转爆震发动机采用气体或液体燃料面临以下问题：需要设置专门的气体燃料或液体燃料储存和供给装置，还需要设置氧化剂储存和供给装置，这些存储和供给装置占用了发动机的大量空间；并且气体或液体燃料存储装置必须结构密封性好；气体或液体燃料的运输、装填到发动机过程占用许多人力和工时，延长了飞行器的发射周期。

技术实现思路

1、固体燃料相对于气体和液体燃料而言，有其独特优势：一方面，部分固体燃料的能量密度更高，稳定性更好，环境适应性更强，便于存储运输，且原材料取材广泛，价格低廉。另一方面，固体燃料发动机也有着其独特的优势，包括其可靠性更好，结构更加简单等。另外，固体燃料发动机在点火前不需要复杂及耗时较长的燃料装填过程，因此其发射周期更短，响应更快。

2、旋转爆震燃烧一般采用气体燃料或者液体燃烧，极少使用固体粉末燃料，特别是在固体燃料的连续旋转爆震冲压发动机这个领域，目前尚没有相关专利和工程实践。旋转爆震燃烧极少使用固体粉末燃料的主要原因是：爆震燃烧方式需要特别苛刻的燃烧条件，比如良好的掺混方式，点火条件、发动机几何尺寸等。

3、本实用新型实施例的主要目的：提供一种旋转爆震发动机装置，通过固态燃料供给装置的流化模块，向旋转爆震发动机本体输送已经流化的固体燃料粉末，通过连续旋转爆震波进行组织燃烧，本申请的旋转爆震发动机装置能够使旋转爆震发动机装置的结构设计的更小，获得推重比更高，并且固体燃料能够获得更高的热效率，简化燃料供给部分的装置结构和工艺。

4、本实用新型实施例提供了一种旋转爆震发动机装置，包括：

5、旋转爆震发动机本体，设有燃烧室；和

6、固态燃料供给装置，包括固体燃料供给模块和流化模块，所述固体燃料供给模块与所述流化模块相连，设置成向所述流化模块供给固体燃料；所述流化模块与所述燃烧室连通，设置成将所述固体燃料流化成固体粉末并输送至所述燃烧室。

7、本实用新型实施例提供了一种飞行器，包括如上述示例性实施例中任一项所述的旋转爆震发动机装置。

8、本申请实施例所述的旋转爆震发动机装置，通过固态燃料供给装置的流化模块，向旋转爆震发动机本体输送已经流化的固体粉末，通过连续旋转爆震波进行组织燃烧产生推力。由于旋转爆震发动机的爆震波具有自增压特性，因此可以大幅提高燃烧室的压力和热效率，具有旋转爆震发动机的优点，即可以在低压比下产生较大的推力，燃烧室可以设计的相对更小，推重比更高。

9、并且，本申请的旋转爆震发动机装置，采用固态燃料供给装置的流化模块向旋转爆震发动机装置提供固体燃料，部分固体燃料相比液体和气体燃料具有能量密度更高，稳定性更好，环境适应性更强，便于存储运输，且原材料取材广泛，价格低廉的优点。由此，本申请的旋转爆震发动机装置能够利用高速来流的空气将固体粉末吹起来，形成一种类似于流体状态的更容易燃烧的固体粉末，这样可以不用专门设计氧化剂供给装置和结构复杂的气体液体燃料供给装置，因此本申请的旋转爆震发动机装置相比气体和液体燃料供给的旋转爆震发动机装置，在具有更高的推力效果的条件下，能够简化发动机装置的结构设计、提高燃料的热效率，缩短发动机的发射周期，简化燃料装填工艺，降低发动机的制造成本。

10、并且，固体粉末燃料的随流性较好，方便调节，可以实现发动机多次启动及推力可调的能力。

11、本申请实施例的旋转爆震发动机装置的其它特征和优点，将在随后的说明书中阐述。

技术特征：

1.一种旋转爆震发动机装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的旋转爆震发动机装置，其特征在于，所述流化模块(22)设有气流流道(221)和流化腔(222)，所述流化腔(222)的腔壁上设有连通所述气流流道(221)与所述流化腔(222)的第一进气孔道(2221)；

3.根据权利要求2所述的旋转爆震发动机装置，其特征在于，所述旋转爆震发动机本体(1)设有进气道(12)，所述进气道(12)设置成输送气态氧化剂，所述进气道(12)的输出端与所述气流流道(221)的输入端连通。

4.根据权利要求3所述的旋转爆震发动机装置，其特征在于，所述进气道(12)的输入端与外界大气连通，所述气流流道(221)环绕在所述固体燃料储存腔(211)和所述流化腔(222)的外侧。

5.根据权利要求2所述的旋转爆震发动机装置，其特征在于，

6.根据权利要求2至5中任一项所述的旋转爆震发动机装置，其特征在于，所述驱动模块(212)包括：设置在所述固体燃料储存腔(211)内部的活塞(2121)以及与所述活塞(2121)连接的驱动件，所述流化腔(222)与所述固体燃料储存腔(211)远离所述活塞(2121)的一端连通；

7.根据权利要求6所述的旋转爆震发动机装置，其特征在于，所述旋转爆震发动机本体(1)还包括进气道内锥(13)和进气道外壳(14)，所述进气道外壳(14)套设在所述进气道内锥(13)外侧并与所述进气道内锥(13)合围出进气道(12)；所述进气道内锥(13)设有空腔(131)，所述空腔(131)与所述固体燃料储存腔(211)连接，用于容纳所述驱动件。

8.根据权利要求7所述的旋转爆震发动机装置，其特征在于，所述驱动件为电机或者气缸；当所述驱动件为气缸时，所述进气道内锥(13)设有连通所述进气道(12)与所述空腔(131)的通孔。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转爆震发动机装置，其特征在于，所述固态燃料供给装置(2)还包括位于所述流化模块(22)与所述燃烧室(11)之间的至少一个掺混模块(23)，所述掺混模块(23)设有掺混腔(231)；所述旋转爆震发动机本体(1)设有进气道(12)，所述进气道(12)设置成输送气态氧化剂，所述进气道(12)与所述掺混腔(231)连通；

10.根据权利要求9所述的旋转爆震发动机装置，其特征在于，所述掺混模块(23)的数量为两个，两个所述掺混模块(23)分别为预混模块(232)和二次掺混模块(233)，所述预混模块(232)的掺混腔(231)与所述二次掺混模块(233)的掺混腔(231)分别记为第一掺混腔(2321)、第二掺混腔(2331)，所述第一掺混腔(2321)与所述第二掺混腔(2331)之间设有电控阀；所述流化模块(22)、所述预混模块(232)、所述电控阀、所述二次掺混模块(233)、所述燃烧室(11)依次相连；

11.根据权利要求10所述的旋转爆震发动机装置，其特征在于，所述流化模块(22)设有流化腔(222)，所述第一掺混腔(2321)与所述流化腔(222)连通，所述进气道(12)的输入端与外界大气连通，所述进气道(12)的输出端通过气流流道(221)与所述流化腔(222)连通；

12.根据权利要求11所述的旋转爆震发动机装置，其特征在于，所述气流流道(221)环绕在所述流化腔(222)的外侧，所述补偿流道(234)的数量为多个，多个所述补偿流道(234)沿所述气流流道(221)的周向间隔设置。

13.根据权利要求10所述的旋转爆震发动机装置，其特征在于，所述第二掺混腔(2331)靠近所述燃烧室(11)的一端设有多个第二进气孔道(2332)，所述第二进气孔道(2332)供混合后的所述固体燃料粉末及所述气态氧化剂进入所述燃烧室(11)。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转爆震发动机装置，其特征在于，所述固体燃料粉末包括硼粉、镁粉中的至少一种。

15.一种飞行器，其特征在于，包括如权利要求1至14中任一项所述的旋转爆震发动机装置。

技术总结
本技术公开了一种旋转爆震发动机装置和飞行器。所述旋转爆震发动机装置包括旋转爆震发动机本体和固态燃料供给装置，其中，旋转爆震发动机本体设有燃烧室；固态燃料供给装置包括固体燃料供给模块和流化模块，固体燃料供给模块与流化模块相连，设置成向流化模块供给固体燃料；流化模块与燃烧室连通，设置成将固体燃料流化成固体粉末并输送至燃烧室。本申请提供的旋转爆震发动机装置在获得更高的推力的情况下，具有简化旋转爆震发动机装置的结构和工艺，缩短飞行器发射周期的特点。

技术研发人员：董天龙,史晓亮,高宗永,霍纪晖
受保护的技术使用者：清航空天（北京）科技有限公司
技术研发日：20230420
技术公布日：2024/2/6