[发明专利]一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统

说明书

本发明提出一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，包括引流管、气动活塞、传动组件、滑动阀门和弹性组件。该装置利用爆震波所产生的瞬时高压驱动阀门自适应工作，并可通过改变压力入口的位置控制阀门工作时序。该类型装置在国内外尚属首创，具有结构简单、反应迅速、无需外加动力、不易损坏等优势，可在脉冲爆震发动机技术领域得到应用。

技术领域

本发明涉及脉冲爆震发动机技术领域，具体为一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统。

背景技术

脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine，简称PDE)是一种利用脉冲式爆震波产生的高温、高压燃气所发出的冲量来产生推力的新概念发动机。脉冲爆震发动机间歇性的工作方式决定了工作频率对其性能有着重要影响，而工作频率的提高则依赖于高频工作的阀门系统。

目前，PDE的主要供给方式包括电磁阀供给、旋转阀供给和无阀自适应供给方式。其中无阀自适应供给方式对供给压力要求极高，一般仅用于脉冲爆震火箭发动机(PulseDetonation Rocket Engine，简称PDRE)。电磁阀是利用阀门中电磁力的相互作用控制阀门开合。其优点在于结构小巧，但响应存在延迟，在工作频率的提升方面存在瓶颈。而旋转阀通常由电机驱动，依靠旋转过程中内部构件周期性地开启和关闭实现燃料和氧化剂的间歇式供给。旋转阀可同时实现高频和大流量供给，但其存在相位匹配困难、需附加驱动电机等缺点，难于应用，且不适合工况变化频繁的工作状态。同时，研究者曾利用普通脉动发动机上使用的簧片阀进行了大量试验，但由于簧片阀依赖PDE头部压力作动，故其工作也存在延迟，而且簧片暴露于高温燃气使其容易损坏。因此，研制一款结构简单、不易损坏、响应速度高的阀门系统，对于吸气式脉冲爆震发动机(Air-breathing Pulse Detonation Engine，简称APDE)的发展有着重要意义。

发明内容

要解决的技术问题

由于其间歇式工作的特点，脉冲爆震发动机对其进气系统要求极高。对于APDE而言，进气压力低、面向航空领域应用和爆震波冲击力强等特征决定了阀门必须满足响应速度快、结构简单、不易损坏等特征。同时，由于脉冲爆震发动机在高频及变频工作状态下相位匹配困难，故能够自适应工作也是对脉冲爆震发动机阀门的重要要求。只有更加精心地设计APDE的阀门，才能同时满足以上要求。

本发明的技术方案为：

一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，包括引流管、气动活塞、传动组件、滑动阀门和弹性组件，其特征在于：引流管安装于爆震管壁面，与爆震管管腔连通；气动活塞以引流管为轨道进行滑动，并通过传动组件与滑动阀门相连；传动组件位于爆震管壁外侧，沿爆震管轴向布置，连接滑动阀门与气动活塞，并可以在二者之间进行传动；滑动阀门位于爆震管头部，可沿爆震管径向滑动，其上下分别通过连杆与传动组件及弹性组件连接；弹性组件位于滑动阀门下方，一端固定，另一端与滑动阀门相连。

所述的一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，其特征在于：当爆震管内的爆震波传播至引流管处，引流管入口压力升高，高压气体进入引流管，推动气动活塞，并经由传动组件带动滑动阀门运动，对爆震管头部进行密封，防止反传波及高温燃气从头部逸出；随着排气过程的进行，当引流管入口处压力低于阈值，在弹性组件的作用下，滑动阀门向上打开，向爆震管中填充隔离气体、燃料及氧化剂。

所述的一种压力驱动的自适应脉冲爆震发动机阀门系统，其特征在于：所述引流管为一段弯折的细管，分为相互连接的两段，一段与爆震管壁成一定角度，一段与爆震管轴向平行；引流管与爆震管连通，其平行段内径与气动活塞直径相同，长度大于气动活塞直径，可供气动活塞在其中滑动；引流管安装在爆震管内缓燃-爆震转变段(简称DDT段)后方，其安装位置与爆震形成处的间距应小于爆震形成位置与滑动阀门间距；引流管的内表面应有较高的光滑度以保证气动活塞滑动的流畅性与引流管的气密性。