[发明专利]一种抑制吸气式脉冲爆震发动机反压的气动阀

说明书

本发明提出的一种抑制吸气式脉冲爆震发动机反压的气动阀，包括反压抑制段外罩、中心锥。本发明与机械阀相比能避免阀门开闭引起的流阻周期性变化，降低流动的压力损失，相较现有气动阀式结构，本发明改善了较高抗反压能力和较高进气总压恢复系数不可兼得的问题。在压力反传时，通过圆盘间缝隙削弱反传至上游的压力波，从而减小压力脉动，有利于吸气式脉冲爆震发动机的稳定工作和提升推进性能。本发明反压抑制段外罩使绝大多数来流沿中心轴线流动，具有较小的压力损失。在压力反传时，使压力波向轴线和环形腔两个方向传播，能削弱向上游传播的压力波，从而可以降低和消除周期性反传压力对上游部件的不利影响，有利于吸气式脉冲爆震发动机的稳定工作。

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体地说，涉及一种抑制吸气式脉冲爆震发动机反压的气动阀。

背景技术

吸气式脉冲爆震发动机是一种利用间歇式或脉冲式爆震波产生的高温、高压燃气来获得推力的动力装置。脉冲爆震循环具有热循环效率高、单位燃油消耗率低，工作和适用范围广，低污染等特点。吸气式脉冲爆震发动机又被分为以下两大类：“纯”吸气式脉冲爆震发动机和脉冲爆震涡轮发动机。其中，“纯”脉冲爆震发动机一般由进气道、爆震室和喷管组成，其直接利用爆震室的高温高压产物通过尾喷管膨胀后高速排出来产生推力。脉冲爆震涡轮发动机是一种将脉冲爆震燃烧室应用于传统涡轮发动机中燃烧室(包括加力燃烧室和主燃烧室)、替代传统涡轮发动机中等压燃烧室的新型发动机，其将爆震燃烧效率高、自增压等优点同传统涡轮发动机机械功率提取高的优势结合起来，能大大提高传统燃气涡轮发动机的性能。

无论是“纯”脉冲爆震发动机，还是脉冲爆震涡轮发动机，均存在脉冲爆震燃烧非稳态增压特性引起的爆震室进口周期性、强脉动非稳态流动与进气道或压气机/风扇出口稳态来流的耦合作用问题。与传统等压燃烧室不同，脉冲爆震燃烧室是一个周期性工作的部件，且爆震燃烧过程具有自增压特性，所以爆震室工作过程中会产生周期性、高幅值压力脉动向上游传播，即压力反传现象。脉冲爆震燃烧室的工作特点决定了其内流动呈现周期性、强脉动的非稳态特性，而“纯”脉冲爆震发动机的进气道出口和脉冲爆震涡轮发动机的压气机/风扇出口来流是一个近似稳态流动，当爆震室进口的这种非稳态流动条件作用在进气道或压气机/风扇出口时，会影响进气道或压气机/风扇的正常工作，使进气道或压气机/风扇的效率降低，严重时甚至造成进气道不启动或压气机喘振。与此同时，进气道或压气机工作特性的改变，使得爆震室进气条件发生变化，导致爆震室起爆过程和反传特性受到影响，甚至导致爆震不稳定或熄火。通过在爆震室前设计合适的反压抑制结构，可以降低和消除周期性反传压力/流动对进气道或压气机的不利影响。按照反压抑制结构和原理，可将吸气式脉冲爆震发动机反压抑制结构分为气动阀式和机械阀式两种。

机械阀虽然能够将高温高压燃烧产物与上游稳态部件隔离开来，但在阀门的开闭阶段，爆震室进口也会存在压力扰动现象，可能会导致上游部件的气动不稳定性。此外，机械阀结构较为复杂，在部件的驱动和使用寿命方面也存在一定的问题。另一种反压抑制结构为气动阀式，该方案通过合理、巧妙的流道设计来实现脉冲爆震室周期性反传与稳态来流的气动隔离。这种方案结构简单，且由于不需要填充隔离气体来防止爆震室提前点火，更容易实现高频工作，与机械阀式结构相比其结构简单、质量小、且不存在由阀门开闭引起的流阻周期性变化。目前，国内外研究人员提出了一些用于吸气式脉冲爆震发动机的气动阀，如Srnirnov等的锥形气动阀，Ahasov和Penyazkov等的带90°拐弯的复合式气动阀，范育新、王家骅等人的旋流器式气动阀，何小民等人的钝体加盖子气动阀等。以上气动阀各有优缺点。Srnirnov等的锥形气动阀虽然可以很好的阻止燃气和压力的逆向传播，但其正向填充的阻力极大。同样，以上其他气动阀都具有正向流阻损失很大的缺点。总之，现有的气动阀式反压抑制结构存在正向流动阻力和单向控制能力不能同时解决的矛盾。

发明内容