一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案

1.本发明属于脉冲爆震发动机技术领域，具体涉及一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案。


背景技术：

2.脉冲爆震发动机(pulse detonation engine，简称pde)与常规发动机相比可省去压气机和涡轮等转动部件，因此有着结构简单、重量轻的潜在特点。且由于爆震燃烧过程近似等容燃烧，pde具有热循环效率高、推重比大等潜在优势，成为近些年颇具发展前景的动力装置。
3.pde的工作过程可分为新鲜混气的填充、点火及起爆、爆震波传播及排气过程。点火起爆方式可分为直接起爆和间接起爆，由于直接起爆需要很高的能量密度，因此实际点火中多采用间接起爆方式产生爆震波，如采用预爆管或者在主爆震室内加装障碍物。目前预爆管内常采用一些易于起爆的燃料或氧化剂进行起爆，这些燃料或氧化剂无疑会使得pde携带燃料种类的增多，从而增加系统复杂性。
4.脉冲爆震燃烧室(pulse detonation combuster,简称pdc)作为pde的一个部件，承担着组织燃烧的任务。pdc内通常使用液态燃料如汽油、煤油等，而使用液态燃料所产生的雾化及掺混问题更加严重，且直接影响到爆震波的起爆与传播。在pdc的燃烧过程中，其壁面温度过高经常会影响其正常工作，严重时导致管壁烧毁。传统发动机中热防护所使用的冷却剂大多为航空煤油，尽管可以作为部分燃料参与燃烧，但是在pdc中壁面温度较高则更容易产生结焦问题，并不利用燃烧室壁面的冷却。


技术实现要素：

5.要解决的技术问题
6.为了解决目前pdc中的点火起爆问题，且利用pdc正常工作时壁面产生的余热，探索一种新型的燃油供给及冷却方案。本发明提出了一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，该方案考虑到汽油馏程为30℃至220℃，而水的沸点为100℃，采用水作为冷却剂不会产生结焦问题，也不会导致汽油温度过高产生其他危险。因此本方案可以有效利用介质水回收pdc工作时产生的余热，对pdc的壁面进行充分冷却，且加热液态汽油，高温液态汽油进入主爆震室内可显著提升喷注均匀度，汽油蒸汽进入预爆管可避免液态燃料的雾化问题，有益于促进爆震波的形成。
7.技术方案
8.本发明的技术方案为：
9.所述的一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其结构由换热器(2)、预爆管(7)及主爆震室(8)组成；其特征在于：所述换热器(2)侧壁中上区域安装低温汽油进口管(1)，侧壁底部区域安装高温热水进口管(6)，顶部则装有低温冷却水出口管(13)和汽油蒸汽管(12)，底部为高温汽油出口管(5)；所述换热器内部均匀分布有肋板(3)，相邻肋板(3)
间布置换热盘管(4)，且连通高温热水进口管(6)和低温冷却水出口管(13)；所述预爆管(7)进口端与汽油蒸汽管(12)相连，侧壁安装氧化剂管路(11)与点火器(10)，尾部则伸进主爆震室(8)内；所述主爆震室(8)壁面内开设冷却水腔(9)。
10.所述的一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其特征在于：所述低温汽油进口管(1)位于换热器(2)整体高度的中上区域。
11.所述的一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其特征在于：所述肋板(3)在换热器(2)内等间距分布，且不少于6层。
12.所述的一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其特征在于：冷却水经冷却水腔(9)被主爆震室(8)壁面加热至一定温度形成高温热水，高温热水进入高温热水进口管(6)抵达换热盘管(4)内加热低温液态汽油，再由低温冷却水出口管(13)流入冷水腔(9)内，至此冷却水形成一个封闭循环。
13.所述的一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其特征在于：低温液态汽油由低温汽油进口管(1)进入换热器(2)内部，与换热盘管(4)中的高温热水进行换热；低温液态汽油被加热形成汽油蒸汽与高温液态汽油，汽油蒸汽从汽油蒸汽管(12)流出至预爆管(7)内进行点火燃烧并产生爆震波。
14.所述的一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其特征在于：高温液态汽油沿肋板(3)流至换热器(2)底部，经过高温汽油出口管(5)进入主爆震室(8)内，并且被预爆管(7)中的排出高温燃气直接点燃形成爆震燃烧。
15.有益效果
16.本发明的有益效果是：针对汽油具有易挥发的特性，本方案为可由经爆震管后加热的冷却水进入换热器内加热汽油，汽油挥发为油蒸汽，在预爆管内点燃油蒸汽并产生爆震波并进入主爆震室；同时换热器内的剩余汽油进入爆震管再点燃，形成具有一定速度的火焰与预爆管的爆震火焰相撞，最终成功引爆爆震管的油气混合物。本发明能够有效降低主爆震室壁面温度，并利用pdc产生的余热加热汽油促爆，提升pde的功重比。
附图说明
17.图1：本发明二维物理模型图
18.图2：本发明循环水流路图
19.图3：本发明液态汽油流路图
20.图4：本发明汽油蒸汽流路图
21.其中，1-低温汽油进口管，2-换热器，3-肋板，4-换热盘管，5-高温汽油出口管，6-高温热水进口管，7-预爆管，8-主爆震室，9-冷却水腔，10-点火器，11-氧化剂管路，12-汽油蒸汽管，13-低温冷却水出口管。
具体实施方式
22.下面结合附图进行具体阐述本发明：
23.如图1、图2、图3所示的一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其结构由换热器(2)、预爆管(7)及主爆震室(8)组成；其特征在于：所述换热器(2)侧壁中上区域安装低温汽油进口管(1)，侧壁底部区域安装高温热水进口管(6)，顶部则装有低温冷却水出口管
(13)和汽油蒸汽管(12)，底部为高温汽油出口管(5)；所述换热器内部均匀分布有肋板(3)，相邻肋板(3)间布置换热盘管(4)，且连通高温热水进口管(6)和低温冷却水出口管(13)；所述预爆管(7)进口端与汽油蒸汽管(12)相连，侧壁安装氧化剂管路(11)与点火器(10)，尾部则伸进主爆震室(8)内；所述主爆震室(8)壁面内开设冷却水腔(9)。
24.工作过程：冷却水经冷却水腔(9)被主爆震室(8)壁面加热至一定温度形成高温热水，高温热水进入高温热水进口管(6)抵达换热盘管(4)内加热低温汽油，自身降温形成低温冷却水，再由低温冷却水出口管(13)流入冷区水腔(9)内，至此冷却水形成一个封闭循环。低温液态汽油由低温汽油进口管(1)进入换热器(2)内部，与换热盘管(4)中的高温热水进行换热；低温液态汽油被加热形成汽油蒸汽与高温液态汽油，汽油蒸汽从汽油蒸汽管(12)流出至预爆管(7)内参与爆震燃烧，高温液态汽油沿肋板(3)流至换热器(2)底部，经过高温汽油出口管(5)进入主爆震室内参与燃烧。


技术特征：
1.一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其结构由换热器(2)、预爆管(7)及主爆震室(8)组成；其特征在于：所述换热器(2)侧壁中上区域安装低温汽油进口管(1)，侧壁底部区域安装高温热水进口管(6)，顶部则装有低温冷却水出口管(13)和汽油蒸汽管(12)，底部为高温汽油出口管(5)；所述换热器内部均匀分布有肋板(3)，相邻肋板(3)间布置换热盘管(4)，且连通高温热水进口管(6)和低温冷却水出口管(13)；所述预爆管(7)进口端与汽油蒸汽管(12)相连，侧壁安装氧化剂管路(11)与点火器(10)，尾部则伸进主爆震室(8)内；所述主爆震室(8)壁面内开设冷却水腔(9)。2.根据权利要求1所述的一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其特征在于：所述低温汽油进口管(1)位于换热器(2)整体高度的中上区域。3.根据权利要求1所述的一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其特征在于：所述肋板(3)在换热器(2)内等间距分布，且不少于6层。4.根据权利要求1所述的一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其特征在于：冷却水经冷却水腔(9)被主爆震室(8)壁面加热至一定温度形成高温热水，高温热水进入高温热水进口管(6)抵达换热盘管(4)内加热低温液态汽油，再由低温冷却水出口管(13)流入冷水腔(9)内，至此冷却水形成一个封闭循环。5.根据权利要求1所述的一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其特征在于：低温液态汽油由低温汽油进口管(1)进入换热器(2)内部，与换热盘管(4)中的高温热水进行换热；低温液态汽油被加热形成汽油蒸汽与高温液态汽油，汽油蒸汽从汽油蒸汽管(12)流出至预爆管(7)内进行点火燃烧并产生爆震波。6.根据权利要求5所述的一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其特征在于：高温液态汽油沿肋板(3)流至换热器(2)底部，经过高温汽油出口管(5)进入主爆震室(8)内，并且被预爆管(7)中的排出高温燃气直接点燃形成爆震燃烧。

技术总结
本发明提出了一种用于脉冲爆震燃烧室的供油及起爆方案，其结构由换热器、预爆管及主爆震室组成；首先低温冷却水在主爆震室中被加热，带走主爆震室中的多余热量，产生高温热水，高温热水进入换热器内用以加热液态汽油，自身温度降低变为低温冷却水，低温冷却水流出换热器再次进入主爆震室内的冷却水腔回收热量；换热器内受加热的液态汽油挥发为汽油蒸汽进入预爆管起爆，剩余高温液态汽油进入主爆震室内参与燃烧。本发明能够有效对主爆震室壁面进行冷却，且利用余热预热汽油，使主爆震室内的喷注均匀度得到提高，汽油蒸汽在预爆管内起爆，可以避免液态燃料的雾化过程，有益于促进主爆震室内的起爆过程。震室内的起爆过程。震室内的起爆过程。


技术研发人员：张启斌 陈鹏杰 马晓敏 杨宇佳 范玮
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2022.08.19
技术公布日：2022/11/18