[发明专利]一种短距起爆高频爆震波的装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲爆震发动机技术领域，是一种短距起爆高频爆震波的装置及其控制方法。

背景技术

脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine，简称PDE)是一种利用间歇式爆震波产生推力的新概念发动机。根据是否白带氧化剂，脉冲爆震发动机可分为吸气式脉冲爆震发动机和火箭式脉冲爆震发动机。由于PDE具有热效率高、结构简单、重量轻等潜在优点，近年来，很多国家均在积极开展相关研究。

虽然PDE相对于现有的推进系统具有很大的潜在优势，但是要把这些潜在的优势变成现实，尚面临许多挑战和难题。其中一个关键难题就是如何实现PDE的高频工作。提PDE的工作频率不仅可以减少机身振动，延长其使用寿命，还可以有效提高发动机的推力，所以实现PDE的高频工作是爆震发动机研究领域的难点，也是将爆震发动机向工程实际应用推进的瓶颈技术之一。

谐振腔是一种脉动燃烧器，在发生脉动燃烧时其腔体内存在两个激励过程：燃烧在某种条件下激发谐振腔中的声学脉动；反过来，声学脉动改变燃烧的特性，使燃烧更加剧烈。脉动燃烧过程是周期性的，而且本身的频率较高，可用来提高PDE的工作频率。

发明内容

缩短脉冲爆震发动机长度和提高其工作频率是实现脉冲爆震发动机工程应用的两个关键问题，为了解决脉冲爆震发动机的短距高频起爆的难题，本发明提出一种短距起爆高频爆震波装置及其控制方法，包括燃料及氧化剂供给系统及谐振腔的装置和控制方法。按本发明中表述的正确操作步骤，控制调节燃料和氧化剂的供给压力、当量比及可燃混合物的填充位置和填充角度，便可在谐振腔中较短距离内获得高频爆震波。

本发明的技术方案为：

一种短距起爆高频爆震波的装置及其控制方法，包括燃料和氧化剂供给系统及谐振腔装置。如图1所示：燃料和氧化剂供给系统包括高压气瓶(1-1)、高压气瓶(2-1)、截止阀(1-2)、截止阀(2-2)、过滤器(1-3)、过滤器(2-3)、压力表(1-41)、压力表(1-42)、压力表(2-41)、压力表(2-42)、减压器(1-5)、减压器(2-5)、节流阀(1-6)、节流阀(2-6)、电控阀(1-7)、电控阀(2-7)，各个零件按照图1中所标示的顺序连接成为氧化剂和燃料两套供给系统；高压气瓶(1-1)和高压气瓶(2-1)分别用来储存高压的燃料和氧化剂；截止阀(1-2)和截止阀(2-2)分别用来控制燃料和氧化剂气瓶开闭；过滤器(1-3)和过滤器(2-3)分别用来净化燃料和氧化剂；压力表(1-41)和压力表(2-41)分别用来读取燃料和氧化剂的气源压力，压力表(1-42)和压力表(2-42)分别用来读取燃料和氧化剂的供给压力；减压阀(1-5)和减压阀(2-5)分别用来调节燃料和氧化剂的供给压力；节流阀(1-6)和节流阀(2-6)分别用来调节燃料和氧化剂的供给流量，进一步调节可燃混气的当量比；电控阀(1-7)和(2-7)分别用来实现对燃料和氧化剂两路供给系统的远程控制；燃料和氧化剂经混合后供入谐振腔(8)；谐振腔(8)是高频爆震波产生的场所。如图2所示，谐振腔(8)是一端封闭的管状装置，其内径为20mm，总长为390mm；腔内没有爆震增强装置。从封闭端到开口端，在腔体上依次开有压力测量孔(p₁)、压力测量孔(p₂)、压力测量孔(p₃)、压力测量孔(_p4)、火花塞安装孔(spark)和进气孔(inlet)。其中，压力测量孔(p₁)、压力测量孔(p₂)、压力测量孔(p₃)和压力测量孔(_p4)可安装压力传感器，测量爆震过程中各测点处的压力值，并以此判断是否形成爆震波；进气孔(inlet)位于距谐振腔开口端1/3管长处，进气孔(inlet)的轴线方向与腔体轴线方向的夹角大约在15°～45°之间，进气方向为从开口端朝向封闭端；火花塞安装孔(spark)可安装火花塞，用来点火，点火能量小于50mJ。