一种适用于宽马赫数范围的冲压发动机喷嘴的制作方法

1.本发明涉及冲压发动机喷注技术领域，具体是一种适用于宽马赫数范围的冲压发动机喷嘴。


背景技术：

2.冲压发动机由于结构简单，效率高，没有旋转部件，因此在高速飞行器中获得了广泛的应用。但是冲压发动机飞行范围不断拓宽以后，常规的发动机喷嘴已不能满足发动机的需求。之前在发动机上设置多条管路，在不同工况下进行调配使用，使得发动机油路越来越复杂，同时在一些关键敏感区域出现了燃油喷注的矛盾。在满足低马赫数段喷注需求时，该处就不能设置高马赫数段的燃油喷嘴。高低马赫数飞行阶段，由于燃烧室的燃烧方式和燃烧室内空气的流动状态有明显的差别，因此燃油的喷注孔大小有着明显的差别。发动机燃油喷注需要在不同的孔径下切换，在喷注压力一定的条件下，孔径越小，喷注的深度越小，孔径越大，喷注的深度越大。目前还没有合适的喷嘴可以满足冲压发动机该方面的设计需求。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种适用于宽马赫数范围的冲压发动机喷嘴，可以获得更优的燃烧效果，提高了燃油的利用率，降低了油耗。
4.为实现上述目的，本发明提供一种适用于宽马赫数范围的冲压发动机喷嘴，包括供油管与第一壳体，所述第一壳体内部设有互不相通的第一容腔与第二容腔；
5.所述第一壳体上设有与第一容腔相通的第一燃油进口与第一喷注口，以及与第二容腔相通的第二燃油进口与第二喷注口，所述第一喷注口的口径大于所述第二喷注口的口径；
6.所述供油管通过连通机构连接在第一壳体上，所述连通机构具有第一形态、第二形态与第三形态：
7.当所述连通机构处于第一形态时，所述供油管通过所述第一燃油进口与所述第一容腔相通，且所述供油管与所述第二容腔之间封堵；
8.当所述连通机构处于第二形态时，所述供油管通过所述第二燃油进口与所述第二容腔相通，且所述供油管与所述第一容腔之间封堵；
9.当所述连通机构处于第三形态时，所述供油管与所述第一容腔之间封堵，且所述供油管与所述第二容腔之间封堵。
10.在其中一个实施例中，所述第二喷注口的数量为多个，各所述第二喷注口环绕在所述第一喷注口的周围。
11.在其中一个实施例中，所述第一喷注口与所述第二喷注口均位于所述第一壳体的底部，所述第一壳体的侧壁上且靠近底部的区域为收口结构。
12.在其中一个实施例中，所述第一壳体内设有第一隔板，所述第一容腔位于所述第
一隔板的一侧，所述第二容腔位于所述第一隔板的另一侧；
13.所述第一壳体内还设有导流管，所述导流管的首端位于所述第一容腔内，所述导流管的尾端穿过所述第一隔板后位于所述第二容腔内并抵接所述第一壳体的内壁，且所述导流管的尾端与所述第一喷注口相通。
14.在其中一个实施例中，所述连通机构包括阀门、第一通道与第二通道，所述阀门上设有入口、第一出口与第二出口，所述入口与所述供油管相通；
15.所述第一通道的一端与所述第一出口相通，另一端与所述第一燃油进口相通；所述第二通道的一端与所述第二出口相通，另一端与所述第二燃油进口相通；
16.所述阀门内部设有第一流道、第二流道，所述第一流道的一端与所述入口相通，另一端与所述第一出口相通；所述第二流道的一端与所述入口相通，另一端与所述第二出口相通；
17.所述阀门上设有能控制所述第一流道和/或所述第二流道导通或封堵的开关机构：
18.当所述第一流道导通且所述第二流道封堵时，所述连通机构处于所述第一形态；
19.当所述第一流道封堵且所述第二流道导通时，所述连通机构处于所述第二形态；
20.当所述第一流道封堵且所述第二流道封堵时，所述连通机构处于所述第三形态。
21.在其中一个实施例中，所述连通机构还包括第二壳体，所述阀门设在所述第二壳体的首端，所述第二壳体的尾端与所述第一壳体相连，且所述第二壳体的尾端包裹所述第一燃油进口与所述第二燃油进口；
22.所述第二壳体内设有第二隔板，所述第一通道位于所述第二隔板的一侧，所述第二通道位于所述第二隔板的另一侧。
23.在其中一个实施例中，所述第二隔板与所述第一壳体的外壁相连。
24.在其中一个实施例中，所述第一喷注口的口径为1
‑
3mm，所述第二喷注口的口径为0.1
‑
0.5mm。
25.本发明提供一种适用于宽马赫数范围的冲压发动机喷嘴，通过控制连通机构在第一形态、第二形态与第三形态之间切换，实现了同一个供油，在不同喷注深度及喷注油量之间的相互切换，降低了冲压发动机燃油管路设置的复杂程度，同时优化了燃油喷注方案，使发动机能够获得更好的燃油供应，同时结合脉冲控制，即控制连通机构在第一状态与第三状态之间脉冲式切换，或控制连通机构在第二状态与第三状态之间脉冲式切换，即可以获得更优的燃烧效果，提高了燃油的利用率，降低了油耗。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例中喷嘴的轴测图；
28.图2为本发明实施例中喷组的内部结构剖视图；
29.图3为本发明实施例中第一壳体的底部结构示意图；
30.图4为本发明实施例中第一隔板与导流管的连接结构轴测图；
31.图5为本发明实施例中阀门的内部结构剖视图；
32.图6为本发明实施例中第一开关结构的局部结构示意图；
33.图7为本发明实施例中第二开关结构的局部结构示意图。
34.附图标号说明：
35.第一壳体1、第一容腔11、第二容腔12、第一燃油进口13、第一喷注口14、第二燃油进口15、第二喷注口16；
36.供油管2；
37.第一隔板31、导流管32；
38.阀门41、入口411、第一出口412、第二出口413、第一流道414、第二流道415、第一通道42、第二通道43、第二壳体44、第二隔板45；
39.第一线圈511、第一动铁芯512、第一弹簧513、第一阀芯514、第一空腔515、第一滑道516、第一台阶517；
40.第二线圈521、第二动铁芯522、第二弹簧523、第二阀芯524、第二空腔525、第二滑道526、第二台阶527。
41.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
44.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
45.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
47.如图1
‑
7所示为本实施例所公开的一种适用于宽马赫数范围的冲压发动机喷嘴，其包括供油管2与第一壳体1，第一壳体1内部设有互不相通的第一容腔11与第二容腔12。第
一壳体1上设有与第一容腔11相通的第一燃油进口13与第一喷注口14，以及与第二容腔12相通的第二燃油进口15与第二喷注口16，第一喷注口14的口径大于第二喷注口16的口径。供油管2通过连通机构连接在第一壳体1上，连通机构具有第一形态、第二形态与第三形态，具体地：
48.当连通机构处于第一形态时，供油管2通过第一燃油进口13与第一容腔11相通，且供油管2与第二容腔12之间为不相通的封堵状态；
49.当连通机构处于第二形态时，供油管2通过第二燃油进口15与第二容腔12相通，且供油管2与第一容腔11之间为不相通的封堵状态；
50.当连通机构处于第三形态时，供油管2与第一容腔11之间为不相通的封堵状态，且供油管2与第二容腔12之间为不相通的封堵状态。
51.通过上述实施结构，当冲压发动机所需喷注方案为喷注深度较大时，将连通机构切换至第一状态，即通过大口径的第一喷注口14对冲压发动机进行燃油喷注；当冲压发动机所需喷注方案为喷注深度较小时，将连通机构切换至第二状态，即通过小口径的第二喷注口16对冲压发动机进行燃油喷注；而当冲压发动机不再需要喷注时，则将连通机构切换至第三状态即可。
52.本实施例中，通过控制连通机构在第一形态、第二形态与第三形态之间切换，实现了同一个供油，在不同喷注深度及喷注油量之间的相互切换，降低了冲压发动机燃油管路设置的复杂程度，同时优化了燃油喷注方案，使发动机能够获得更好的燃油供应，同时结合脉冲控制，可控制连通机构在第一状态与第三状态之间脉冲式切换，或控制连通机构在第二状态与第三状态之间脉冲式切换，即可以获得更优的燃烧效果，提高了燃油的利用率，降低了油耗。
53.在具体实施过程中，第二喷注口16的数量为多个，且各第二喷注口16环绕在第一喷注口14的周围。具体地，第一喷注口14与第二喷注口16均设在第一壳体1的底部，且第一壳体1的侧壁上且靠近底部的区域为收口结构，以使得喷嘴整体为上大下小的结构，进而便于将喷嘴伸入冲压发动机的燃烧室。本实施例中，第一喷注口14的数量为1个，第二喷注口16的数量为4
‑
16个，其第一壳体1可由两个筒体件螺纹连接或卡扣连接构成，以便于第一壳体内部结构的安装与维护。
54.在具体实施过程中，第一壳体1内设有第一隔板31，第一容腔11位于第一隔板31的一侧，第二容腔12位于第一隔板31的另一侧；进一步地，第一壳体1内还设有导流管32，导流管32的首端位于第一容腔11内，导流管32的尾端穿过第一隔板31后位于第二容腔12内并抵接第一壳体1底部的内壁，且导流管32的尾端与第一喷注口14相通。本实施例中，第一隔板31为水平板，第一容腔11位于第一隔板31的上方，第二容腔12位于第一隔板31的下方，第一隔板31卡接在第一壳体1内部，且第一隔板31与第一壳体1之间的连接缝隙上设有密封圈，以保证第一容腔11与第二容腔12互不相通。
55.优选地，导流管32的顶端与第一隔板31的顶面平齐，以避免燃油在第一容腔11内积存。需要注意是的，导流管32与第一隔板31之间可以为焊接、螺纹连接、卡扣连接或一体成型。当导流管32与第一隔板31之间为螺纹连接或卡扣连接时，导流管32与第一隔板31的连接缝隙上设有密封胶圈，以进一步保证第一容腔11与第二容腔12互不相通。
56.本实施例中，连通机构包括阀门41、第一通道42与第二通道43，阀门41上设有入口
411、第一出口412与第二出口413，入口411与供油管2相通；第一通道42的一端与第一出口412相通，另一端与第一燃油进口13相通；第二通道43的一端与第二出口413相通，另一端与第二燃油进口15相通。阀门41内部设有第一流道414、第二流道415，第一流道414的一端与入口411相通，另一端与第一出口412相通；第二流道415的一端与入口411相通，另一端与第二出口413相通。
57.具体地，阀门41上设有能控制第一流道414和/或第二流道415导通或封堵的开关机构：
58.当第一流道414导通且第二流道415封堵时，连通机构处于第一形态；
59.当第一流道414封堵且第二流道415导通时，连通机构处于第二形态；
60.当第一流道414封堵且第二流道415封堵时，连通机构处于第三形态。
61.本实施例中，开关机构包括第一开关结合与第二开关结构，具体地：
62.第一开关结构包括第一线圈511、第一动铁芯512、第一弹簧513、第一阀芯514以及设在阀门41内部的第一空腔515，该第一空腔515通过第一滑道516与第一流道414相通，且第一滑道516与第一空腔515之间设有第一台阶517。第一线圈511与第一动铁芯512均设在第一空腔515内，且第一线圈511套设在第一动铁芯512上，第一阀芯514滑动连接在第一滑道516与第一流道414内，且第一弹簧513的一端抵接第一阀芯514，另一端抵接第一台阶517。其工作过程为：第一线圈511通电时，内部的第一动铁芯512会产生磁场对第一阀芯514产生吸力，从而使得第一阀芯514克服第一弹簧513而向内移动，此时第一流道414不被第一阀芯514堵塞，从而第一流道414导通；而第一线圈511断电时，第一阀门41则在第一弹簧513的作用下伸入第一流道414并封堵第一流道414。
63.第二开关结构包括第二线圈521、第二动铁芯522、第二弹簧523、第二阀芯524以及设在阀门41内部的第二空腔525，该第二空腔525通过第二滑道526与第二流道415相通，且第二滑道526与第二空腔525之间设有第二台阶527。第二线圈521与第二动铁芯522均设在第二空腔525内，且第二线圈521套设在第二动铁芯522上，第二阀芯524滑动连接在第二滑道526与第二流道415内，且第二弹簧523的一端抵接第二阀芯524，另一端抵接第二台阶527。其工作过程为：第二线圈521通电时，内部的第二动铁芯522会产生磁场对第二阀芯524产生吸力，从而使得第二阀芯524克服第二弹簧523而向内移动，此时第二流道415不被第二阀芯524堵塞，从而第二流道415导通；而第二线圈521断电时，第二阀门41则在第二弹簧523的作用下伸入第二流道415并封堵第二流道415。
64.本实施例中，连通机构还包括第二壳体44，阀门41设在第二壳体44的首端，第二壳体44的尾端与第一壳体1相连，且第二壳体44的尾端包裹第一燃油进口13与第二燃油进口15；其中，第二壳体44内设有第二隔板45，第一通道42位于第二隔板45的一侧，第二通道43位于第二隔板45的另一侧。优选地，第二隔板45的一端抵接阀门41，另一端与第一壳体1的外壁相连。其中，第二隔板45与第一壳体1之间、第二壳体44与第一壳体1之间可采用卡扣连接或螺栓连接的方式，且第二隔板45与第一壳体1之间的连接缝隙处、第二壳体44与第一壳体1之间的连接缝隙处、第二隔板45与阀门41的连接缝隙处均设有密封胶进行密封。
65.本实施例中，第一喷注口14的口径为1
‑
3mm，第二喷注口16的口径为0.1
‑
0.5mm。优选地，第一喷注口14的口径为2mm，第二喷注口16的口径为0.3mm。
66.本实施例中，第一容腔11、第二容腔12在工作时，第一容腔11、第二容腔12内的压
力为1
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4mpa，因此第一壳体1与第一隔板31的厚度需满足能够抵抗4mpa高压的条件。
67.需要注意的是，虽然本实施例图示中第一壳体1与第二壳体44均为回转体结构，但是在实施过程中也可以将第一壳体1与第二壳体44设置为方形筒或其他异性的筒状结构。
68.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。