[发明专利]一种利用微尺度螺旋通道产生超焓爆轰的装置

说明书

本发明公开了一种利用微尺度螺旋管道产生爆轰的装置，包括：基板，该基板上表面开设有从中心向外延伸的截面尺寸1‑10mm²的螺旋通道，该螺旋通道位于该基板中心的一端设有进气与点火通道，该螺旋通道的另一端设有排气与测压通道；盖板，贴合和在该基板上表面，封闭该螺旋通道构成一螺旋状燃烧室。本发明的爆轰装置，利用微尺度螺旋管道来营造一种更易起爆的条件，在缩短起爆时间的前提下，使起爆更加稳定，具有体积小和便携性强的特点，可以移动并应用到各种需要能量供给的场合，产生的高温高速气流可以直接用于动力推进，也可结合燃气轮机、发电机进行电力输出。

技术领域

本发明涉及爆轰与燃烧技术领域，具体涉及一种利用微尺度螺旋通道产生超焓爆轰的装置。

背景技术

爆轰燃烧是一种近似于等容燃烧的燃烧方式，其特点是火焰传播速度极快、自增压以及热循环效率高等，因此利用爆轰燃烧方式的发动机与采用缓慢燃烧的发动机相比效率更高。在未来先进的空天飞行器的推进方式中，爆轰燃烧方式的发动机是一种非常理想的选择。可正是由于其火焰具有千米每秒级别的传播速度，要控制发动机内的爆轰燃烧十分困难，而采用脉冲爆轰的方式是一种较易控制的实现方案。但是现阶段脉冲爆轰发动机的实际性能与理论目标值具有相当大的差距，主要在于脉冲爆轰的频率提升困难，难以实现高频稳定的动力输出。

在影响脉冲爆轰发动机工作的因素中，有两个因素占主要影响：(1)从爆燃到爆轰状态转变(DDT，Deflagration to Detonation)的时间与距离，(2)点火前的燃烧室初始状态。即火焰要从静止加速到爆轰需要一定的时间和距离，并且在一次爆轰燃烧结束之后，同样需要一定的时间将已燃气从燃烧室排出并以新鲜的燃料与空气充满燃烧室准备下一次爆轰，这两个时间决定了发动机的工作频率范围。直接提高混合气流速可以缩短燃烧室初始状态的准备时间，但高流速下的点火困难，并且初始条件略微的变化就会导致不稳定爆轰甚至无法产生爆轰，这对发动机的稳定工作是极为不利的。因此，如何稳定的快速起爆对脉冲发动机来讲是至关重要的技术问题。

采用直管形式并缩小管径，是目前实现加速爆轰的有效解决方案。但采用此方案的爆轰燃烧室长度一般在1米或者几米左右，实际燃烧空间和体积无法进一步缩小。并且在相同的工况下，由于尺度的减小，点火会更加困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用微尺度螺旋通道产生超焓爆轰的装置，利用微尺度螺旋通道来营造一种更易起爆的条件，在缩短起爆时间的前提下，使起爆更加稳定。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种利用微尺度螺旋通道产生爆轰的装置，包括：

基板，该基板上表面开设有从中心向外延伸的螺旋通道，该螺旋通道位于该基板中心的一端设有进气与点火通道，该螺旋通道的另一端设有排气与测压通道；

盖板，贴合和在该基板上表面，封闭该螺旋通道构成一螺旋状燃烧室。

工作时，配好的燃气和空气混合气经进气与点火通道送入燃烧室，并达到所设定的燃烧室内压力值。进气与点火通道末端的点火器瞬时放电点火，即可获得火焰在极短时间极短距离内从静态加速到爆轰，产生的高温高速燃气可经排气与测压通道排出。吹扫后重复上述步骤即可获得单次毫秒级的脉冲式爆轰。

本申请采用了对压力波和激波的反射极其有利的螺旋管道，使得火焰在极短的空间内就可以发展到爆轰。

由于结构上使压力波与激波对火焰传播的加速极为有利，产生爆轰所需要的燃烧室内的热值与混合气浓度大大降低，以氢气/空气混合气为例，仅需要在高于1.5个大气压就可以实现爆轰。在低热值条件下实现爆轰燃烧，总能量大大降低，因而对燃烧器结构强度以及材料的要求大大降低。

由于螺旋通道可以利用前一次循环产生的热量预热后一次循环的燃气与空气，因而具有超焓回热的效果，进一步提升了燃烧效率。