[发明专利]一种基于斯特林循环冷却的脉冲爆震发动机

说明书

本发明提出了一种基于斯特林循环冷却的脉冲爆震发动机，包括爆震管系统、斯特林循环模块和供油系统。利用脉冲爆震发动机管壁上产生的废热加热斯特林循环的热气缸，并在油箱中对冷气缸内受热工质进行冷却，在这一过程中，冷/热气缸内的活塞和气缸传动杆做直线伸缩运动，共同带动转轮转动，转轮可对外输出轴功，该轴功可用于带动电机发电、驱动吸气式脉冲爆震发动机的压气机或火箭式脉冲爆震发动机的涡轮泵对来流进行预增压等等。该发明既能对脉冲爆震发动机的管壁进行有效的冷却，又能合理地利用脉冲爆震发动机产生的废热，相对于其它形式的冷却方法，具有明显的优势。本发明可以用于爆震推进等领域。

技术领域

本发明涉及爆震推进等领域，具体为一种基于斯特林循环冷却的脉冲爆震发动机。

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的周期性冲量的非定常推进系统。由于爆震燃烧过程接近于等容燃烧过程，使得脉冲爆震发动机拥有比采用等压燃烧的常规发动机更高的热循环效率，同时，脉冲爆震发动机的结构比较简单，无需压气机等转动部件，就能实现未燃气体的增压，拥有较高的推重比。因此，基于上述优点，脉冲爆震发动机得到了越来越多的重视。

虽然脉冲爆震发动机具有广阔的应用前景，但在实际应用过程中还存在一些制约因素，如脉冲爆震发动机的壁面冷却问题，它不同于常规涡轮喷气发动机——壁面温度只要小于壁面材料的耐温上限即可，当管壁温度大于燃料的自燃温度时，脉冲爆震发动机内喷注的燃料将会发生自燃现象，此时爆震失效，如采用航空煤油作为燃料，当管壁温度大于500℃时，燃料就会在发动机内自燃，无法形成爆震波。当前，脉冲爆震发动机壁面冷却方式主要有水冷和利用发动机携带的液态燃料进行再生冷却两种，但这两种方法均存在不足之处：采用水冷的脉冲爆震发动机需要携带大量的冷却剂，且加热后的冷却剂只能通过其他途径将热量释放到空气中，造成了热量的浪费，同时降低了发动机的推重比；采用再生冷却的脉冲爆震发动机在低频和短时工作时具有一定的优势，但当频率提高或长时间工作时，DDT段(Deflagration to Detonation Transition)的热量将释放得更多，用于再生冷却的燃料吸热量增加，从而造成爆震管入口段处的燃料温度上升，点火感应期下降，一旦下降到小于燃料和氧化剂的接触时间，将发生自燃现象，此时爆震失效，此外，当发动机管壁温度较高时，用于再生冷却的燃油会在管壁处积碳，进而影响冷却效果，甚至堵塞供油管路，致使发动机无法正常工作。

因此，针对上述壁面冷却方式存在的问题，设计一种既能对脉冲爆震发动机的壁面进行有效冷却，同时能够合理地利用壁面产生的废热的装置就显得尤为重要，本发明提出了一种基于斯特林循环冷却的脉冲爆震发动机，恰能满足要求，对脉冲爆震发动机的实际应用具有重要的意义。

发明内容

要解决的技术问题

针对当前脉冲爆震发动机壁面冷却方式无法有效地对爆震管进行冷却且无法合理地利用爆震管产生的废热，本发明提出了一种基于斯特林循环冷却的脉冲爆震发动机，通过斯特林循环的热气缸将爆震管产生的废热进行吸收，然后将热量输送至冷气缸中并预热油箱中的燃料，同时气缸活塞带动转轮转动，转轮可对外输出轴功，该轴功可用于带动电机发电、驱动吸气式脉冲爆震发动机的压气机或火箭式脉冲爆震发动机的涡轮泵为来流进行预增压等等。本发明可以用于爆震推进等领域。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于斯特林循环冷却的脉冲爆震发动机，包括爆震管系统、斯特林循环模块和供油系统。

所述爆震管系统为脉冲爆震发动机的主体结构，整体为圆柱形，采用超高强度钢制成，具有抗拉强度高，韧性好的特点，保证脉冲爆震发动机长时间安全稳定工作；该系统主要分为爆震管混合点火段、爆震管DDT段和尾喷管段。