[发明专利]一种多管脉冲爆震燃烧室及其起爆方法

说明书

技术领域

本发明涉及动力领域，尤其是一种脉冲爆震燃烧室，还涉及其起爆方法。

背景技术

自然界有两种燃烧波：一种是爆燃波，另一种是爆震波。爆震波以每秒几千米的速度向未燃混合物传播。爆震波本质上是激波后跟一个燃烧波。爆震波能产生极高的燃气压力(大于15至55个大气压)和燃气温度(大于2800K)，由于爆震波传播速度极快，其后的燃烧过程可视为等容燃烧过程，因而其燃烧效率很高。由于脉冲爆震循环的高效率，以及脉冲工作模式，这使它对推进系统有很大的吸引力。当工作频率达到较高的频率时可以认为能够产生稳定的推力，一般要求能够达到100Hz以上。因而如何提高脉冲爆震发动机的工作频率是很多研究者正在努力的方向。

经典循环过程的脉冲爆震发动机，一端开口，另一端间歇喷注燃料和氧化剂的混合物，然后点火起爆，爆震波传出爆震室，然后填充隔离气体，进入下一个循环。

这种方式的发动机通常需要一个高能电容点火系统或者现在刚刚兴起的瞬态等离子点火系统，电容点火系统大脉冲能量需求通常要超过2000J，等离子点火系统通常需要1-10J，由于每一个循环都要点火，高频工作时功率要求非常之大，超过数千瓦，关键问题是这两种系统很难小型化，轻型化。当爆震室内径很大时，即便使用高能电点火系统，也很难快速形成爆震波，为了快速起爆，出现了起爆管。起爆管本身就是一套复杂的脉冲爆震火箭发动机系统，也离不开电点火系统和独立隔离气系统。因而使用起爆管的脉冲爆震发动机更加复杂。对于吸气式脉冲爆震发动机，由于空气中氮气的稀释作用，使得混合物敏感性大幅下降，直接起爆所需要的能量和功率都大幅增大，直接起爆的经济性下降。若使用低能量点火源，着火延迟时间大大增加，而且爆燃向爆震转变的距离和时间也都很长。

发明内容

为了克服现有技术脉冲爆震燃烧室严重依赖大功率的脉冲点火单元的缺点，本发明提供了一种多管脉冲爆震燃烧室，可以不需要脉冲点火源进行高频工作。

本发明还提供涉及所述多管脉冲爆震燃烧室的起爆方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括多套爆震单元，每个单元包括爆震室入口1、起爆射流入口4、爆震室2、起爆射流出口5、爆震室出口3和启动起爆装置6，爆震室入口1和爆震室出口3位于爆震室2两端，爆震室入口1在最上游，起爆射流入口4靠近并位于爆震室入口1下游，起爆射流出口5靠近并位于爆震室出口3上游，起爆射流出口5与下一个相邻爆震单元的起爆射流入口4相连，多个爆震单元连接以后，最后一个爆震单元的起爆射流出口5和最初爆震单元的起爆射流入口4相连接，首尾相连，共同构成了多个爆震室入口1和多个爆震室出口3的圆环形燃烧室。连接在一起的起爆射流出口5和起爆射流入口4共同构成了射流传播管8。启动起爆装置6安装在其中一个爆震单元的爆震室2上。

本发明的起爆方法是，当所有爆震单元的爆震室入口1都有可爆混合气以相同的条件充满整个爆震室2时，启动起爆装置6工作，形成向下游传播的爆震波，爆震波传播到起爆射流出口5后，大部分通过爆震室出口3排出，一部分爆震波通过起爆射流出口5传播到下一个爆震单元的起爆射流入口4，从而在下一个爆震单元的爆震室2内快速形成爆震波，爆震波在这个爆震室2中迅速向下游传播到起爆射流出口5，这样不断向下游传递。对于单个爆震单元，当爆震波从爆震室出口3排出以后，会有一道膨胀波从爆震室出口3反向向爆震室入口1传播，从而爆震室内的压力下降，等压力下降到特定值以后，可燃混合气重新冲入爆震室入口1，开始该爆震单元新一轮的填充过程。当爆震波传播到最后一个爆震单元的起爆射流出口5后又回到了装有启动起爆装置6的爆震单元，此时装有启动起爆装置6的该爆震单元已经完成废气排放和可爆混合气的填充过程，爆震射流传入该单元的爆震室2后迅速形成了爆震波，启动起爆装置6不再工作。这样对于单个爆震单元来讲，其工作周期就等于爆震射流进入相邻爆震单元起爆射流入口4的时间差乘以该组燃烧室的爆震单元的个数。燃烧室爆震单元的个数取决于可爆混合气填满爆震室2所需要的时间与燃气在爆震室2中膨胀时间的比值，在亚声速燃烧条件下通常需要4-6个以上的爆震单元。对于本发明的燃烧室所有爆震单元，起爆以后不再需要外部点火系统，爆震波可以在燃烧室内自行传播而不熄灭，依靠封闭多管间循环依次传播的模式，利用燃烧室爆震燃烧自身能量产生高频爆震波射流，实现单管高频脉冲工作。