[发明专利]一种适用于旋转爆震燃烧室长度可变的预爆管

说明书

本发明公开了一种适用于旋转爆震燃烧室长度可变的预爆管，包括爆震波起始段、长度调节段、预爆管出口段和RDC入口段。本发明通过改变长度调节段的安装个数，可调节预爆管的长度。当需要的起爆能量较大时，采用较长的预爆管；当需要的起爆能量较小时，采用较短的预爆管。本发明可有效解决部分工况下，预爆管长度较短导致燃烧室工作稳定变差；部分工况下，预爆管长度过长，导致燃烧室质量增加，推重比下降的问题。

技术领域

本发明属于旋转爆震燃烧室技术领域，具体涉及一种适用于旋转爆震燃烧室长度可变的预爆管。

背景技术

自然界中存在缓燃燃烧和爆震燃烧两种燃烧方式，缓燃燃烧的火焰传播速率相对较低，内燃机、航空发动机和燃气轮机等动力装置内的燃烧方式均为缓燃燃烧；爆震燃烧的特点在于燃烧区的上游为激波结构，激波与燃烧区耦合在一起传播，爆震燃烧的火焰传播速度远高于缓燃燃烧，通常能达到数千米每秒。

基于爆震燃烧的旋转爆震燃烧室(Rotating Detonation Combustor，简称RDC)，通常采用环形燃烧室结构，旋转爆震波在燃烧室内沿周向进行传播，燃烧产物膨胀后从另一端排出燃烧室，由于其具有结构简单、热循环效率高和燃烧室容热强度高等优势，未来在航空发动机、冲压发动机和火箭发动机等动力装置中有着广阔的应用前景。RDC工作特点在于，起始时刻需要通过强度较大的热射流进行旋转爆震波起爆，然后旋转爆震波便可以持续传播。高效的起爆装置对RDC稳定工作非常重要，RDC通常通过直圆管结构、安装方向与燃烧室周向相切的预爆管结构进行起爆，其主要作用是先在预爆管内形成稳定传播的爆震波，然后爆震波从预爆管出口沿切向射入到燃烧室内，爆震波在燃烧室内沿周向继续传播，从而在环腔内形成稳定的爆震波工作模态。燃烧室内燃料和氧化剂不同的填充状态下，旋转爆震波需要的起爆能量不同；当燃料和氧化剂填充压力较低、当量比远离化学恰当比时，需要的填充能量较大，相应预爆管的长度较长；当燃料和氧化剂填充压力较高、当量比接近化学恰当比时，需要的填充能量较小，相应预爆管的长度较短。由于燃烧室工作状态对应的工况范围通常较宽，因此固定长度的预爆管很难满足起爆成功率高、长度短体积小的要求。当预爆管长度较短时，部分较差的工况下起爆成功率较低，不利于燃烧室的稳定工作；当预爆管的长度较长时，有利于提高起爆成功率，但是会增加燃烧室的体积，降低发动机的推重比。

发明内容

为了满足燃烧室不同工况对预爆管长度的要求，本发明提出了一种适用于旋转爆震燃烧室长度可变的预爆管；当燃烧室需要的起爆能量较大时，采用长度较长的预爆管；当燃烧室需要的起爆能量较小时，采用长度较短的预爆管；可有效解决预爆管长度较短导致燃烧室工作稳定变差，长度过长导致燃烧室质量增加等问题。本发明可以应用于冲压发动机和航空发动机等领域。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种适用于旋转爆震燃烧室长度可变的预爆管，包括爆震波起始段、长度调节段、预爆管出口段和RDC入口段；

所述的爆震波起始段位于预爆管头部，为空心直圆管结构，由螺旋型凹槽、氧化剂燃料进气口和起始段法兰盘组成，其左端与预爆管端盖通过螺钉连接，右端与长度调节段通过螺杆连接；

所述的长度调节段位于爆震波起始段右侧，另一端与预爆管出口段通过螺杆进行连接，由结构相同的三段空心直圆管组成，每段长度调节段包括圆形内腔、长度调节段法兰盘和螺杆结构；

所述的预爆管出口段位于长度调节段右侧，另一端与RDC入口段通过螺纹进行连接，为空心直圆管结构；

所述的RDC入口段位于预爆管最右端，其左端与预爆管出口段通过螺纹连接，右端通过焊接的方式安装在燃烧室外环上，RDC入口段的中心轴线方向与燃烧室周向相切。

本发明进一步的改进在于，爆震波起始段为空心圆管结构，内侧壁面上设计了螺旋形凹槽结构，螺旋形凹槽的横截面为半圆形结构，螺旋圈数大于6圈，凹槽的半径与螺旋间距的比值约为1～1.5。