[发明专利]一种高频脉冲爆震发动机的爆震管及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体为一种高频脉冲爆震发动机的爆震管及其控制方法。 

背景技术

脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine，简称PDE)是一种利用脉冲爆震波产生周期性冲量的非定常推进系统。与传统发动机不同的是，脉冲爆震发动机是基于爆震燃烧基础上的间歇性工作的动力装置。因此如何在爆震管内迅速可靠地产生爆震波是脉冲爆震发动机设计的核心问题，同时也是决定脉冲爆震发动机性能好坏的关键因素。 

研究表明，脉冲爆震发动机的工作频率对脉冲爆震发动机的性能参数有重要影响。理想情况下，脉冲爆震发动机的推力随着工作频率的增大而线性增加。因此，增大脉冲爆震发动机的工作频率对脉冲爆震发动机的实际应用有重要意义。当脉冲爆震发动机的工作频率达100Hz时，发动机产生的推力可视为连续。 

为了提高脉冲爆震发动机的工作频率，目前实验室中广泛使用的是电磁阀。电磁阀的开启和闭合需要一定的响应时间，这就决定了电磁阀的工作频率有一个上限，普通的脉冲爆震发动机的工作频率无法超越甚至是达到该频率上限。因此，脉冲爆震发动机的工作频率都存在频率过低的缺点。在脉冲爆震发动机研制初期，国内外多以高频电磁阀作为脉冲爆震发动机推进剂供应的控制元件，响应频率可达60Hz或者更高。但目前国内外高频电磁阀的研究水平决定了高频电磁阀只能做到通径Φ2mm以下，无法满足大流量下脉冲爆震发动机的工作需要。而能满足脉冲爆震发动机工作流量要求的电磁阀所能达到的频率普遍不高，这已成为限制脉冲爆震发动机研究的瓶颈因素，严重制约了脉冲爆震发动机的后续发展。 

发明内容

要解决的技术问题 

为了提高脉冲爆震发动机的工作频率，本发明提出了一种高频脉冲爆震发动机的 爆震管及其控制方法，可以在不改进电磁阀的前提下，有效提高脉冲爆震发动机工作频率。 

技术方案 

本发明采用的技术方案为： 

所述一种高频脉冲爆震发动机的爆震管，其特征在于：在爆震管燃料进口处连接有两个燃料进口电磁阀，在爆震管氧化剂进口处连接有两个氧化剂进口电磁阀，在爆震管隔离气进口处连接有两个隔离气进口电磁阀，爆震管上还装有两路点火器。 

所述一种高频脉冲爆震发动机爆震管的优选方案：其特征在于：两路点火器相对安装在爆震管水平两侧，且距离爆震管封闭端距离均为爆震管内径的1～3倍。 

所述一种高频脉冲爆震发动机爆震管的优选方案：其特征在于：爆震管氧化剂进口和隔离气进口相对安装，且均处于点火器与爆震管封闭端中间，距离爆震管封闭端距离为爆震管内径的0.5～1倍，周向进气；燃料进口位于爆震管封闭端中心，轴向进气。 

所述一种高频脉冲爆震发动机爆震管的控制方法，其特征在于：在一个控制周期的前半个周期内，第一燃料进口电磁阀、第一氧化剂进口电磁阀、第一点火器和第一隔离气进口电磁阀工作，且第一燃料进口电磁阀和第一氧化剂进口电磁阀的占空比为0.1～0.3，相位为0°，第一点火器的占空比为0.01～0.04，相位为360°乘以第一燃料进口电磁阀的占空比，第一隔离气进口电磁阀的占空比为0.1～0.3，相位为180°减去第一隔离气进口电磁阀的占空比乘以360°；且第一燃料进口电磁阀、第一点火器和第一隔离气进口电磁阀的占空比之和小于0.5；在一个控制周期的后半个周期内，第二燃料进口电磁阀、第二氧化剂进口电磁阀、第二点火器和第二隔离气进口电磁阀工作，且第二燃料进口电磁阀和第二氧化剂进口电磁阀的占空比与第一燃料进口电磁阀的占空比相同，相位为180°，第二点火器的占空比与第一点火器的占空比相同，相位为第一点火器相位加上180°，第二隔离气进口电磁阀的占空比与第一隔离气进口电磁阀的占空比相同，相位为第一隔离气进口电磁阀的相位加上180°。 

有益效果 

采用本发明提出的一种高频脉冲爆震发动机的爆震管及其控制方法，在同一根爆震管的燃料进口、氧化剂进口、隔离气进口上分别采用双路电磁阀控制，并且采用了两路点火器，通过将控制周期分为前后各半个周期，在每半周期内各由一组电磁阀和一路点火器工作，可以有效提高脉冲爆震发动机的工作频率，大大降低对电磁阀响应频率的要求，可以采用响应频率为发动机工作频率一半的电磁阀，降低了电磁阀的负荷，有利于电磁阀寿命的延长。 

附图说明

图1：本发明的结构示意图； 

图2：双套电磁阀和双路点火器工作时序图； 

图3：电磁阀控制频率为6Hz时的压力波形图； 

图4：电磁阀控制频率为8Hz时的压力波形图；