[发明专利]一种带中心锥体的新型激波聚焦起爆装置及操作方法

说明书

本发明公开了一种带中心锥体的新型激波聚焦起爆装置，将主爆震管前段与中心锥体构成的内部空间，前缘气流进口采用轴向进气，经过一个弯角后沿着中心锥体的母线圆弧的切线方向使混合气进入爆震管内部，将产生热射流的预爆震管更改至主爆震管前段外壁面，将射流孔与进气口分离，在中心锥体的锥面上开有连续的环形凹槽或均匀分布的小凹形壁面，使得热射流从射流孔喷射到主爆震管内与中心锥体碰撞形成激波，利用激波在凹槽或小凹形壁面上的不断聚焦，加速射流点火起爆的效率，在减小DDT距离的同时，形成稳定可靠的爆震波。

技术领域

本发明涉及高频脉冲爆震发动机点火起爆技术，具体是一种带中心锥体的新型激波聚焦起爆装置及操作方法。

背景技术

对于现有军用发动机来说，受材料的强度和结构的约束，如何有效提高推重比，成为了当今航空发动机领域的技术难题。非传统新型航空发动机的发展带来了人类航空领域的新变革，脉冲爆震发动机(PDE)在理论和应用上表现出结构简单、重量轻、循环热效率高、推重比高等诸多潜在优势。而能否将脉冲爆震发动机的潜能发挥，关键在于如何高频可靠的起爆爆震波。

传统脉冲爆震发动机模型通常为超声速射流对撞和激波聚焦的凹面腔式。目前，通过实验和数值模拟计算发现，传统模型存在超声速射流填充对撞形成激波难、新鲜混合气再填充和激波聚焦结构不适应、燃烧过程易出现反传现象等问题。这些缺陷使得传统爆震模型不能满足工程应用的需要。

公布号为CN110905688A的发明专利，公开了一种利用不可燃液体提高脉冲爆震发动机工作频率的装置。该装置包括液体喷注系统、燃料与氧化剂供给系统、爆震管、点火装置、系统控制方法，依靠不可燃液体的蒸发吸热与膨胀，实现了脉冲爆震发动机高频工作时，高温已燃产物与下一循环反应物之间的隔离，避免了传统氮气隔离对反应物的稀释所引起的爆震性能下降问题，提高了发动机的工作频率与性能。但是在对火焰反传及超声速射流填充对撞形成激波难等问题的处理上与工程应用标准还有一定距离。

公布号为CN110259601A的发明专利，公开了一种脉冲爆震发动机燃烧室结构及起爆方法，该方法通过在嵌入主爆震室的射流管尾部侧向开孔，在射流头部采用火花塞点火，携带大量活性基团的热射流从射流管尾部侧孔和右端出口进入主爆震室，使得初始点火能量显著放大，同时射流管尾部开孔的结构又实现了多点火源点火，增强了激波间的相互碰撞、叠加、火焰前端激波强度，缩短了主爆震室中爆燃向爆震的转换(DDT)距离，提高了工作频率。但该方法仍未解决燃烧废气难排放的问题。

发明内容

为解决现有PDE模型超声速射流填充对撞形成激波难、新鲜混合气再填充、激波聚焦结构不适应、燃烧过程易出现反传现象等问题，本发明提出一种带中心锥体的新型激波聚焦起爆装置。

本发明采用的技术方案：

一种带中心锥体的新型激波聚焦起爆装置，包括主爆震管前段、主爆震管后段和中心锥体，所述主爆震管前段、主爆震管后段与中心锥体呈同心分布且将中心锥体设置于主爆震管前段内部，所述主爆震管前段和主爆震管后段通过法兰连接，所述主爆震管前段的外表面设置有用以入射热射流的射流孔。

优选的，所述中心锥体呈凹锥形，母线为半径R为90～100mm的圆弧，圆心角θ为40°～50°，凹锥形中心锥体的高h为70～80mm。

优选的，所述中心锥体的锥面上设置有用来进行激波聚焦的环形凹槽。

优选的，所述环形凹槽从中心锥体的顶部到底部连续分布且呈圆弧形，圆弧半径r为1.5～3.5mm，圆弧圆心角α为120°，所有环形凹槽的圆心连续分布在与中心锥体母线圆弧同心且半径R₁为97～99mm的圆上。

优选的，所述中心锥体的锥面上设置有均匀分布的小凹形壁面。