[发明专利]具有连续爆震波的环形燃烧室

说明书

一种连续爆震波型式的环形燃烧室，能够使沿轴向F喷射的燃料及氧化剂的混合物被用于传递来自于爆震波的连续产生的热气，为了维持爆震波，燃烧室包括由控制设备(26)所控制的发电机(24)供电的至少一对电极对，并且在该电极对之间产生NRP放电，在燃烧室外壁和内壁(12、14)的上游端处，该燃烧室包括均匀且成角度地分布在两个同心环中的多个电极对(20、22)，同一电极对的两个电极各自属于不同的环并且径向对齐，并且发电机被构造成为至少一对电极供电，以便产生至少一个放电区域(28)，然后依次为邻近该电极对的每对电极对供电，从而使爆震波能够在环形燃烧室中永久地行进。

技术领域

本发明涉及一种由等离子体辅助连续爆震的燃烧系统。

背景技术

为了显著地降低燃气轮机航空发动机(涡轮轴发动机、涡扇发动机、涡轮螺旋桨发动机等)的比耗量，适合修改其热力循环。

传统的燃气轮机以布雷顿循环运行，在布雷顿循环中，燃烧发生在恒定压力(等压)和爆燃(燃烧前沿经由分子及热扩散传播)条件下。为了使机器的热效率改善10％至20％，已知可借助爆震条件下(燃烧前沿经由冲击波以及化学反应区之间的耦合而传播)的燃烧。科学界通常针对与这种燃烧模式相关的热力学循环引用Fickett和Jacobs。

目前，存在几种在燃烧室中获得爆震条件的解决方案。

第一解决方案是以脉冲爆震发动机(PDE)的名称为人所知的，该解决方案包括在用爆炸混合物填充燃烧室之后周期性地启动爆震。爆震后，需要清除燃烧废气并重启循环。该解决方案的缺点是必须为每个循环触发爆震，并且在大约100赫兹(Hz)的频率下触发。在该解决方案中，点火系统是关键元件(出于尺寸、可靠性等的原因)并且必须在燃烧室的上游具有门控系统。

另一种解决方案，该解决方案部分地改正了第一种的缺点，该解决方案包括仅启动一次爆震，然后维持固定的或旋转的爆震波。在这种情况下，将爆炸混合物轴向注入环形燃烧室，并且爆震波沿周向传播。被称为旋转爆震发动机(RDE)的该系统，其用于厌氧推进(火箭发动机)的优点现在已被科学界所接受。相反，关于用于有氧推进(涡轮发动机或冲压式喷气发动机)，即用于氧的比例低于氮的燃料及空气的混合物，该解决方案并未得到一致接受。当使用液体煤油与空气时，一旦在燃烧室中建立，反应性混合物在理想条件下“难以”引发爆震或甚至维持爆震。

在专利EP 2 480 771(或申请US2012/0151898)中也提出了通过产生瞬态等离子体来维持爆震波于其中的燃烧室结构的提议。然而，该结构仍然存在某些缺点，例如由于等离子体的非局部沉积或者爆震的混乱启动而需要大量能量，以及特别是它仍然需要求助于更复杂的起爆系统以便首次引爆混合物。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提出一种寻求纠正该缺陷的技术方案。

该目的通过连续爆震波型式的环形燃烧室实现，该燃烧室能够使沿轴向F喷射的燃料及氧化剂的混合物被用于传递来自于爆震波的连续产生的热气，燃烧室包括以均匀的方式成角度地分布在两个同心环中的多个电极对，给定电极对的两个电极各自属于不同的环并且径向对齐，并且由控制设备控制的发电机在所述多个电极对之间相继地产生NRP放电，所述发电机构造成电气地为至少第一对电极供电，以便产生至少一个第一放电区域，然后顺序地一个接一个地为每个所述后续电极对供电，从而使爆震波能够围绕所述环形燃烧室连续地行进。

因此，通过产生旋转的等离子体帘幕，可以简单地引发爆震而无需求助于现有技术的复杂系统。

优选地，所述多个电极设置在所述环形燃烧室的外壁和内壁的相应上游端。

有利地，所述发电机构造成为每个在所述爆震波的至少一个爆震前沿之前的所述电极对供电。

优选地，为了一个接一个地为每个所述电极对供电，所述发电机构造成在所述至少一个相邻的电极对将被供电时停止为所述至少一个电极对供电。