[发明专利]一种脉冲爆震发动机二元收敛扩张喷管

说明书

技术领域

本发明涉及发动机尾喷管技术领域，具体为一种脉冲爆震发动机二元收敛扩张喷管。

背景技术

脉冲爆震发动机利用从尾部排出高温高压的气体来产生推力。爆震波能产生极高的燃气压力（15atm到55atm）和燃气温度（大于2500K），并具有相当高的速度，一般在2000m/s左右，爆震波从产生到排出的时间极短，只占整个爆震周期的1%到5%，其后的燃烧可视为等容燃烧，具有很高的热效率。脉冲爆震发动机的热效率和涡轮前温度即爆震波波后温度有正比关系，而爆震波的波后温度随填充压力增大而增大，提高脉冲发动机的填充压力会提高脉冲爆震发动机的热效率，在发动机尾部安装收缩喷管会有效的提高填充压力，从这方面讲，收缩喷管会提高脉冲爆震发动机的效率。然而爆震波排出时压力非常高，处于不完全膨胀状态，损失相当大，安装扩张喷管会使气体处于完全膨胀状态或减轻喷管的不完全膨胀状态，从这方面考虑，扩张喷管会减小脉冲爆震发动机损失。因此，收敛—扩张喷管更具有优势，收敛段提高了填充过程结束后的压力以提高爆震后温度，扩张段有效的改善了爆震波排出尾喷管的不完全膨胀状态。

带收敛—扩张喷管的脉冲爆震发动机虽然比带收缩喷管或扩张喷管的脉冲爆震发动机具有更高的效率，然而，喷管的扩张段只能在某一压力下使尾气达到完全膨胀状态，而在其他压力下都伴随着损失：压力较高时不完全膨胀带来的损失和压力减小到一定阀值后过膨胀带来的损失。普通的航空发动机可以通过机械方法调节喉部面积或出口面积来改变扩张比以使喷管出口达到完全膨胀状态，但是脉冲爆震发动机的爆震频率一般要求在20HZ以上，一个爆震周期小于0.05秒，压力从爆震压力降到填充压力（一般在1atm左右），是一个剧烈的非定常过程，在一个周期内通过机械方法改变扩张比显然是不现实的。国外采用在二元收敛—扩张喷管扩张段从独立的供气装置引入二次流，可以有效的改善爆震室内压力过低时尾喷管的过膨胀状态且压力比较高时基本不会减小喷管的出口面积，但需要庞大的二次流供气系统。

综上所述，由于其特殊性，脉冲发动机的尾喷管必须同时满足以下几个要求：提高填充压力、在高压的爆震波排出时可以使气体完全膨胀或接近完全膨胀、在低压气体排出时即填充阶段可以减轻气体的过膨胀状态、附加装置必须简单小巧。所以像收敛喷管、扩张喷管、收敛—扩张喷管等常规喷管或是常规的加二次流的收敛—扩张喷管都不满足上述要求。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有尾喷管不能同时满足在热力学和气动学上同时提高脉冲爆震发动机效率且结构简单附加质量小的缺点，本发明提供了一种脉冲爆震发动机二元收敛扩张喷管，不需要单独二次流供气装置。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种脉冲爆震发动机二元收敛扩张喷管，由左右平板侧壁与上下弯曲板封闭形成收敛段和扩张段，其特征在于：二次流引入管联通收敛段和扩张段；所述二次流引入管分为收敛段连接段、扩张段连接段和弯曲段，收敛段连接段中心轴线平行于喷管上下对称平面；扩张段连接段中心轴线处于垂直于扩张板与垂直于喷管上下对称平面之间；二次流引入管半径不大于喷管喉部半高的0.1倍，处于喷管扩张段上的二次流注入孔的总面积占喷管喉部面积的3%～8%。

所述一种脉冲爆震发动机二元收敛扩张喷管，其特征在于：左右平板侧壁与形成收敛段的弯曲板密封固定，而形成扩张段的弯曲板端部与形成收敛段的弯曲板端部铰链连接，形成扩张段的弯曲板两侧与左右平板侧壁密封配合；二次流引入管分为收敛段连接段和扩张段连接段，收敛段连接段与扩张段连接段由球形阀连接；收敛段连接段长度可变，扩张段连接段长度不变；收敛段连接段与喷管收敛段通过球形阀连接，扩张段连接段与喷管扩张段通过球形阀连接；在喷管扩张段和收敛段之间安装有长度可变的扩张角控制管，扩张角控制管与喷管扩张段以及收敛段铰链连接，扩张角控制管平行于左右平板侧壁。

所述一种脉冲爆震发动机二元收敛扩张喷管，其特征在于：二次流引入管在垂直于二元收敛扩张喷管横截面的平面上等距分布，二次流引入管管壁与左右平板侧壁之间的距离不小于0.5倍二次流引入管的外径。

所述一种脉冲爆震发动机二元收敛扩张喷管，其特征在于：喷管的扩张比比喷管匹配的脉冲爆震发动机工作状态的最佳扩张比大10%～15%。

有益效果