[发明专利]一种平稳排气的多管脉冲爆震发动机

说明书

本发明提出了一种带有平稳排气装置的多管脉冲爆震发动机，包括爆震燃烧室、稳压段和尾喷管。燃气从爆震管排出后经稳压段进入尾喷管，利用稳压段中稳压腔的缓冲作用削弱燃气的脉动特性，降低采用固定几何喷管时排气过膨胀或欠膨胀造成的推力损失。稳压腔的作用具体表现为：第一，稳压腔的流道截面积大于爆震管，燃气进入稳压腔后膨胀减速，进而减小了燃气内部的压力梯度，此外，爆震燃烧产生的激波结构进入稳压腔时，在流道截面突扩处发生绕射，使激波强度大幅减弱，从而减弱了激波引起的压力振荡；第二，稳压腔是每个爆震管内燃气流向的交汇之处，在所有爆震管协同工作的情况下，腔内压力可始终保持在峰值附近。在以上两点的基础上，实现稳定喷管来流压力，提升喷管工作效率的目的。本发明可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，具体为一种平稳排气的多管脉冲爆震发动机。

背景技术

脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine，简称PDE)是一种利用周期性爆震燃烧产生推力的发动机，与基于等压燃烧的常规喷气发动机相比，PDE具有热循环效率高的潜在优势；爆震燃烧过程可实现自增压，故可省去笨重复杂的增压部件，结构更加简单。鉴于上述优点，脉冲爆震发动机是一种具有应用前景的新型动力装置。

PDE的工作原理决定了其燃烧室出口截面的燃气具有强脉动特性。爆震波的自增压特性可将燃气压力提升13～55倍，而在爆震波传出燃烧室后，燃烧室出口截面燃气的压力迅速下降，直至下一个爆震波到达。上述特征给PDE尾喷管设计带来很大挑战。若按传统针对稳态流动的喷管设计方法，选取燃烧室出口截面上某一时刻的流动状态设计喷管，那么在一次完整的工作循环过程中，只有个别时刻能够实现完全膨胀，而在其余的大部分时间里，燃气处于过膨胀或欠膨胀状态，造成推力损失。若使燃烧室出口的燃气均达到完全膨胀，需根据排气的脉动特性动态调节喷管型面，但机械调节无法响应这一强瞬态脉动特性，二次流气动调节也仅能在一定程度上改善喷管内的流动状态，且二者均大幅增加了系统复杂程度。综上，如何设计满足实际工程应用的尾喷管，是制约PDE发展的技术瓶颈之一。

针对上述问题，设计一种下削弱排气脉动特性，改善喷管工作状态，提供平稳推力输出的脉冲爆震发动机，具有重要意义。本发明提出了一种平稳排气的多管脉冲爆震发动机，可满足以上需求，在脉冲爆震发动机的实际应用具有重要价值。

发明内容

要解决的技术问题

针对目前脉冲爆震发动机中燃烧室出口燃气脉动导致的常规喷管效率低的问题，本发明提出了一种平稳排气的多管脉冲爆震发动机，燃气从爆震管排出后经稳压腔进入喷管，利用稳压腔的缓冲作用削弱燃气的脉动特性，降低采用固定几何喷管时排气过膨胀或欠膨胀造成的推力损失。稳压腔的作用具体表现为：第一，稳压腔的流道截面积大于爆震管，燃气进入稳压腔后膨胀减速，进而使燃气内部的压力梯度减小，此外，爆震燃烧产生的激波结构进入稳压腔时，在流道截面突扩处发生绕射，使激波强度大幅减弱，从而减弱了激波引起的压力振荡；第二，稳压腔是每个爆震管内燃气流向的交汇之处，在所有爆震管协同工作的情况下，腔内压力可始终保持在峰值附近。在以上两点的基础上，实现稳定喷管来流压力，提升喷管工作效率的目的。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种平稳排气的多管脉冲爆震发动机，包括爆震燃烧室、稳压段和尾喷管。

所述爆震燃烧室由燃烧室头部、支撑件主体和多个爆震管组成。燃烧室头部是一个圆盘，其底面开有多个定位孔，围绕轴线呈环状均匀分布，每个定位孔到轴线的距离相同；支撑件主体是一个圆盘，其表面开有与燃烧室头部相同的定位孔，与燃烧室头部的定位孔共同用于固定爆震管，支撑件主体的数量可根据实际需求改变；爆震管是一根直圆管，前端固定于燃烧室头部的定位孔中，末端通过单向阀与稳压段相连，靠近头部的侧壁面设计有燃料或氧化剂的供给通道(下文简称供给通道)以及点火装置安装座，管内靠近前端的位置设计有爆震增强装置。