[发明专利]一种旋转爆震燃烧室的导向喷管

说明书

本发明提出了一种旋转爆震燃烧室的导向喷管，包括旋转爆震燃烧室本体和导向喷管。在点火系统一侧喷注惰性介质，点火后爆震波只能向背离惰性介质的反向传播，以控制出口气流的旋流方向。通过在燃烧室出口布置导向喷管，其导向叶片由导向喷管外环和中心体固定，叶片前半段中弧线弯曲且前缘方向与燃烧室出口气流偏角一致，后半段中弧线为直线，方向与燃烧室轴线方向一致，将燃烧室出口气流的周向速度偏转为轴向速度，且继续膨胀加速直至沿轴向排出。采用本发明可有效利用旋转爆震燃烧室内气流的周向动能，能够消除原有排气过程中由于旋流产生的扭矩，有利于稳定飞行器飞行姿态，提高整体推进性能。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领域，具体为一种旋转爆震燃烧室的导向喷管。

背景技术

旋转爆震发动机(Rotating Detonation Engine，简称RDE)作为一种新型概念动力装置，具有结构简单、热循环效率高、熵增小等潜在优点，应用前景广阔，成为近年来国内外研究的热点。

现有研究中，旋转爆震燃烧室一般分为环形(有内柱)和空桶(无内柱)两种结构类型。燃料和氧化剂从一端(燃烧室头部)喷入，爆震波沿周向传播消耗可燃混气，高温高压燃气向后膨胀做功并从另一开口端(燃烧室尾部)排出。由于爆震波在燃烧室头部高速旋转，波后的已燃气体压力、温度、速度均增加，且跟着爆震波以亚声速运动，具有较大的周向动能。尽管波后的高温高压气体向出口端膨胀加速，其轴向速度不断增加，但是，其周向速度几乎不会减小，直至气流排出燃烧室。在不安装喷管的条件下，周向速度约为轴向速度的10％，不仅会造成一定推力损失，而且，带有一定旋流角度的出口气流会产生额外的扭矩，传递至飞行器后影响飞行姿态，提高了飞行控制的难度。

因此，针对上述旋转爆震燃烧室出口气流具有一定周向动能的特性，设计一种旋转爆震燃烧室的导向喷管，将周向动能转化为轴向动能，既能提高发动机的推进性能，又能够消除原有排气过程中由于旋流产生的扭矩，有利于飞行器飞行姿态的控制。本发明提出了一种旋转爆震燃烧室的导向喷管，满足以上要求，对推动旋转爆震的实际应用具有重要作用。

发明内容

要解决的技术问题

针对旋转爆震燃烧室出口气流具有一定周向动能的特性，本发明提出了一种旋转爆震燃烧室的导向喷管。由于出口气流的旋转方向取决于燃烧室头部爆震波的传播方向，因此，需先在点火系统一侧喷注惰性介质，并在点火触发后停止喷注惰性介质，使爆震波只能沿远离惰性介质的方向传播，然后，在燃烧室出口布置一圈弯曲的导向叶片，其前半段中弧线弯曲且前缘方向与燃烧室出口气流偏角一致，后半段中弧线为直线，方向与燃烧室轴线方向一致，使之既能将气流的周向速度偏转为轴向速度，能够消除原有排气过程中由于旋流产生的扭矩，利于稳定飞行，又能够使气流在其中形成的收敛-扩张通道中膨胀加速，提高整体推进性能。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：

一种旋转爆震燃烧室的导向喷管，包括旋转爆震燃烧室本体和导向喷管。

所述旋转爆震燃烧室本体由燃烧室头部、燃烧室外环、供给系统和点火组件组成。燃烧室头部是一圆盘，燃烧室外环是一个圆环形壳体，燃烧室外环和燃烧室头部共同组成旋转爆震燃烧室的主体，根据有无内柱可设计为环形燃烧室或空桶型燃烧室，整体尺寸可根据燃料的类型和使用环境进行合理设计；燃料和氧化剂采用对撞环孔形式供给，经管道分别从燃烧室头部处沿周向均布的30～120对环孔中喷出，以保证燃料和氧化剂的充分掺混、雾化。值得注意的是，掺混系统还可采用环孔-环缝对撞式或气液同轴离心等方式；点火组件安装在燃烧室外环壁面，用于对旋转爆震燃烧室点火，一般可使用预爆震管、热射流管或火花塞等；在点火位置一侧设置惰性介质喷注孔，数量为10～20个，喷注时间早于点火时间30～100ms，点火触发后停止喷惰性气体以确保有效隔离，具体时间需综合考虑点火延迟、惰性介质隔离区域形成时间后确定。