脉冲爆震喷气发动机的制作方法

1.本发明主要涉及喷气推进发动机领域，并且更具体地涉及具有带非球面元件的燃烧室的脉冲爆震型喷气发动机。


背景技术：

2.在美国专利[us 6983586 b2，f02k 3/10、7/05、7/075、f23c 11/04，u.s.cl.60/39.77、60/226.1、60/247、60/249、60/762，08.12.2003]中已知的两级脉冲爆震系统包括预燃室和几何共振器，该共振器经由缩扩喷嘴连接到该预燃室以在该共振器中创建高温和高压条件，以便创建用于爆震引发的最佳条件。燃料和气体的混合物在预燃室中燃烧，并且通过喷嘴进入几何共振器，燃烧的混合物在几何共振器被引爆。爆震通过共振器出口喷嘴传播，从而产生推力。
[0003]
这种装置的缺点是两级过程，其中在预燃室中燃烧期间，燃料的内部能量被耗散，这降低了这种系统的效率和经济性。
[0004]
在设计上大部分接近的是俄罗斯联邦的专利[ru 2282044，с1，f02k7/04，20.08.2006]中的已知爆震燃烧脉冲喷气发动机，它具有主体，该主体具有带输入端的燃烧室、带输入端和输出端的圆形通道、气体动力共振器形式的将工作介质内部能量转换为推力机械功的转换器、发动机喷嘴、爆震引发机构和供给燃料空气混合物的环形喷嘴。燃烧室被制成半球形气体动力共振器和脉冲喷气发动机的出口喷嘴的形式。爆震引发器被制成从一侧停止的管的形式，其自由输出端与气体动力共振器的中心连接，爆震产物速度与燃料-空气混合物递送速率之比应大于或等于爆震引发器的两个长度与共振器的半径之比。
[0005]
这种装置的缺点是需要其有效爆震以满足燃料混合物进给率和爆震产物的流出率的结构上限定的比率，这需要特殊的燃料制备并且使推进动力单元的设计显著复杂化。
[0006]
该装置的另一个缺点是燃烧室的共振器使用球面形状，这不是用于累积爆震波的最佳形状，因此不是有利于爆震燃烧的效率的最佳形状。


技术实现要素：

[0007]
发明的主题
[0008]
本发明的技术目的是提高脉冲爆震喷气发动机的性能，其特征在于操作的效率高、比功率大而且可靠性和安全性高，这在使用喷气发动机作为飞行器中的转子的叶端喷口的情况下尤其重要。
[0009]
本发明的技术效果是：
[0010]-简化结构和操作循环以使其更可靠；
[0011]-使喷气发动机的重量最小化，这在巨大的(超过300g)离心力的条件下尤其重要；
[0012]-增大脉冲爆震喷气发动机的效率和推力，该特性与低重量组合，增大了发动机比功率。
[0013]
本发明的高性能脉冲爆震喷气发动机由支持气体动力爆震共振的专用燃烧室组
成。此外，这些特殊的燃烧室与特殊的燃料和氧化剂传送独特地组合，在使用气体燃料的情况下可作为单级过程操作，提供了最先进技术中的任何布置中未发现的性能和可靠性参数。氧化剂和燃料通过传送系统递送到燃烧室中，该传送系统具有高度独特的产生有利条件的物理结构。例如，流速、温度、压力、混合、几何优点、脉冲频率、结构简单等是一起配合工作的氧化剂递送系统和燃料递送系统的特定布置的结果。更进一步，这些系统特别地与燃烧室本身合作，并且对于反应器或预燃烧室中的特殊燃料或燃料制备的特殊阶段不是必需的。
[0014]
发明内容
[0015]
本发明涉及喷气发动机，具体地涉及脉冲爆震喷气发动机。该发动机具有燃烧室，该燃烧室被构造为具有到排气喷嘴的出口的爆震共振器。该共振器具有相对于发动机系统轴线对称的非球面反射器的形式。该发动机使用气体燃料和气体氧化剂，以及单级燃烧过程，没有预燃烧或用于增加燃料爆震能力的任何其他能量消耗手段。在一个提及的型式中，气体燃料和氧化剂的组合是丙烷和空气。在具有烃类燃料诸如丙烷作为设计选择的型式中，燃料导管具有热解腔。燃料供应喷嘴引导燃料流流过燃烧室的反射器的受热外表面，导致燃料热解。燃料和氧化剂的混合物通过环形超音速喷射系统被供应到燃烧室中，该喷射系统允许燃料和氧化剂的密度的非常均匀地混合。这种条件对于这些系统中的爆震过程的可靠性尤其重要，因为这些系统的发动机处于高(超过300g)的离心力条件下，这种离心力原本容易导致混合物的分离。为了触发爆震，这些发动机具有管的形式的爆震引发器，该管在远侧端部堵塞并且在插入到该燃烧室中的端部打开，而且沿着该发动机的轴线定位。这种引发爆震的方式是可靠的，因为不需要使用任何机械移动结构作为阀或挡板。由此效率得到改进，因为该系统没有为火花塞、激光和其他部件消耗额外能量。通过该排气喷嘴喷射的爆震产物产生在相反方向上推动该发动机的推力。反射器的一种优选形状是抛物线形，以促进爆震产物加速流过排气喷嘴，并且提供脉冲爆震的固有系统频率并最终产生发动机的推力。发动机的这些设计、所有形状和尺寸在气体动力学定律的基础上协调，从而允许在大约10khz的频率下维持循环共振爆震。该脉冲爆震喷气发动机的这种设计简单、可靠，并且允许实现高效率地生成猛推推进力。
[0016]
本技术的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本技术所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本技术上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均应该视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征a b c，在另一个例子中公开了特征a b d e，而特征c和d是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征e技术上可以与特征c相组合，则，a b c d的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而a b c e的方案应当视为已经被记载。
附图说明
[0017]
图1示出了脉冲爆震喷气发动机的布局。
[0018]
图2示出了混合室和混合喷嘴。
[0019]
图3示出了具有螺旋燃料流的气体燃料导管的热解腔。
[0020]
图4通过爆震引发器管的a-a横截面和燃料供应喷嘴的b-b横截面示出了热解腔。
[0021]
图中的数字表示：1-气体氧化剂供应系统入口，2-气体燃料供应系统入口，3-喷气发动机支架，4-燃烧室，5-燃料供应喷嘴，6-气体氧化剂供应系统的开口末端，形成为环形狭缝，7-气体燃料供应系统的开口末端，形成为环形狭缝，8-爆震引发器，管形式，9-金属反射器，10-排气喷嘴，11-作为反射器和热解腔盖的形状互补的旋转体之间的腔，12-混合室，13-混合喷嘴，14-反射器顶点，15-热解腔盖顶点，16-气体燃料的螺旋流，17-爆震引发器是火花塞，18-爆震区，19-气体氧化剂流，20-气体燃料流，21-爆震产物的喷气，22-喷气发动机主体，23-热解腔盖，24-系统轴线，25-气体燃料和空气混合物的超音速流
具体实施方式
[0022]
脉冲爆震喷气发动机
[0023]
喷气发动机是一类释放快速移动的流的反作用式发动机，该流通过喷气推进生成推力。本发明涉及内燃机，其中所述喷气是燃料和氧化剂的混合物燃烧的产物。更准确地说，本发明涉及脉冲爆震喷气发动机，其中燃烧表征为脉冲爆震过程。爆震过程的开始由燃料和氧化剂的可引爆的混合物的流入来定义，这时该混合物处于爆震激发状态。为了获得爆震激发，发动机具有限定共振器的特殊复杂结构。为了触发脉冲爆震，发动机使用爆震引发器。爆震引发器部分地调节爆震循环。
[0024]
本发明的脉冲爆震喷气发动机具有主体，该主体具有以下主要元件：
[0025]-燃烧室
[0026]-燃料传送系统
[0027]-氧化剂传送系统
[0028]-爆震引发器。
[0029]
所有部件彼此合作工作以实现脉冲爆震。
[0030]
燃烧室
[0031]
燃烧室主要由反射器元件和排气喷嘴组成，它们各自关于系统轴线对称地布置，以在其间形成部分封闭的空间，在该空间中可发生燃烧。
[0032]
燃烧室被布置成从环形喷射系统或多个环形喷射系统接收燃料和氧化剂或它们的混合物，该环形喷射系统或多个环形喷射系统与反射器和排气喷嘴同心地设置并且位于反射器和排气喷嘴之间。最后，在喷嘴中形成排气孔，该排气孔使具有高度定向性质的爆震产物的喷气流通过，从而产生喷气发动机推力。
[0033]
这些装置的反射器元件是高度独特的装置，用于将全向爆震冲击波反射成沿着系统轴线的定向流。反射器元件的独特之处部分在于它形成为非球面元件。反射器的非球面形状为系统带来了性能优势，因为该形状使得冲击波和爆震产物在优选成形的流中反射，该流由于累积效应而加速到超音速速率。因此，对于发动机的规定尺寸和结构，脉冲持续时间更短，脉冲爆震的频率更高，并且产生的推力更大。因此，反射器的与燃料传送结构的一部分组合的成形性质对于本公开中第一次教导的发动机的总体目标而言至关重要。因此，非球面反射器是这些脉冲爆震喷气发动机的燃烧室的关键元件。
[0034]
燃烧室的第二主要元件是排气喷嘴，该排气喷嘴相对于大多数喷气发动机系统以
常规意义操作，不同的是其形状和范围可根据这些发动机的特定气体动力物理学进行调整，因为它提供回到反射器的低压波，允许燃料和氧化剂的新部分被喷射到燃烧室中并且参与燃料和氧化剂的加热，该加热会影响所产生的共振的总体操作。
[0035]
燃料传送系统
[0036]
燃料传送系统在将燃料供应到燃烧室之前在改进燃料流特征和组成方面起主要作用。改进诸如用以改进与氧化剂的进一步混合的化学结构、温度、速率、均匀性和流动方向各自有助于总体发动机性能。
[0037]
这些发明的燃料传送系统使用气体燃料。存储在贮存器中的气体燃料通过燃料传送系统或燃料导管从该贮存器传送到燃烧室。以为发动机性能规定的压力水平向发动机提供燃料，该压力大于大气压力。这种压力可通过各种方式提供，诸如使用压缩机或使用燃料贮存器以初始压力提供，或者通过将发动机定位在转子的尖端来使该发动机受到离心力的作用而提供。在使用液化烃类燃料的情况下，燃料被提前蒸发成气相。
[0038]
气体燃料可以是各种类型的燃料中的任何一种，包括来自包括以下各项的组中的烃类燃料：丙烷、甲烷、丁烷和它们的任何混合物，以及氢或二甲醚或它们的任何混合物。燃料的选择依据是其与氧化剂的混合物在喷气发动机的特定结构中可充分引爆并且支持脉冲爆震。
[0039]
在本系统的喷气发动机中，燃料导管是具有若干重要结构的外壳。这些结构的独特物理性质产生爆震性能、燃料流的特征和发动机的最终性能优点。本发明的燃料导管包括特殊形状的腔、燃料供应喷嘴和末端开口。正是这种独特的组合将发动机的效率和(作为简单性的结果)可靠性相结合。在最先进技术中描述的其他解决方案中，使用了提高爆震能力的系统，包括能量消耗系统和非可靠系统。例如，两级燃烧过程，其中燃料的某些部分与氧化剂混合，并且其燃烧将特殊室中的剩余燃料加热以提升燃料爆震能力。本技术的其他示例是使用通过叶片旋转产生气穴的机械叶轮。先前使用的另一个示例包括使用具有容易电离的添加剂的燃料，该添加剂在磁场的影响下提升该燃料的爆震性能。所有这些解决方案与本发明的结构形成强烈对比，因为这些先前解决方案都需要消耗额外能量，因此从整个过程来看效率较低。
[0040]
为了在这些脉冲爆震喷气发动机中获得最高效率，优选的是燃料处于升高的温度，并且进一步优选的是燃料以高速率喷射到燃烧室中。这可经由构造本文所述的特殊结构来实现。作为燃料传送系统的一部分被包括的成形腔的容积相对于流动方向减小。也就是说，在燃料从燃料供应喷嘴进入腔的位置，腔具有相对大的容积，并且该容积沿着燃料流路径朝导管末端减小。这种容积的转变促进燃料流速的增大，使得燃料以高动能离开燃料传送系统，促进与氧化剂的更彻底的混合和动能的转化，从而改进燃烧室中的加热。燃料供应喷嘴附近的容积和导管末端附近的容积之比与燃料流的速度的增长水平相对应。
[0041]
在针对使用烃类燃料而设计的型式中，为了在这些脉冲爆震喷气发动机中获得最高的脉冲爆震效率和稳定性以及发动机可靠性，已经发现优选的是燃料的非常高水平的热解。热解是燃料的热化学分解。经由特殊形状的腔，并且进一步与以取向偏向喷射的燃料合作，可实现非常高程度的热解，从而促进本文所述的螺旋流。特别地，特殊腔被成型为高水平热解腔，它被制作为三维容积具有至少一个可操作用于向该热解腔提供大量热量的表面。在腔内流动的气体燃料由于所述热量的存在而被热解。为了进一步提高热解腔的效率，
可操纵燃料的流动性质，使得燃料在该室内以增加其暴露于由受热表面提供的热量的持续时间的方式流动。特别地，燃料可以足以使其在朝燃料导管的末端通过时围绕腔螺旋运动的动量和方向被喷射到该腔中。
[0042]
各种用于热解腔的热源都是可行的。为了使脉冲爆震喷气发动机的效率最高，来自燃烧室反射器的背表面的热量经由传导和辐射被传送到热解腔中。除了提供用于热解燃料的热量的优点之外，还向燃烧室提供了冷却，这提高了其性能。因此，系统的热平衡减少了对用于发动机冷却的附加特殊结构的需要。在另一个型式中，热源可以是喷气发动机的其他受热部分，诸如爆震引发器、排气喷嘴，或者外部热源，例如电加热器。在本发明中可使用各种解决方案来在气体燃料通过热解腔时向气体燃料提供热量。优选的情况包括不需要额外能量消耗用于加热的情况，因此提高了发动机的效率。
[0043]
各种形状的热解腔都是可行的。例如，腔可由联接在一起的管或管部分的复合体形成。可将一根或多根管放置成与受热表面热接触，并且燃料在受热的管内通过。管可被构造成各种几何形状，与发动机的受热表面相连接。在这种情况下，当燃料从源朝燃烧室通过时，燃料在管内部被加热。管的横截面也可支持各种几何形状，诸如圆形或扁平狭缝。但是这种结构对通过它的气流具有高阻力。在这种情况下，用于供应到燃烧室的气体燃料的速率将低于更优选的情况。然而，这些解决方案被认为是本发明所包括的型式。
[0044]
从燃烧室到特殊形状的腔的热传递以及气体燃料流的速率的最佳组合可经由本文以下所述的腔的构造来实现。特殊形状的热解腔具有由形状互补的旋转体组成的结构，其中第一旋转体是燃烧室的所述非球面轴向对称金属反射器，第二旋转体具有相同的轴线，形成封闭的容积，其中该容积从腔的顶点端部朝开口末端减小，其中系统轴线上的所述主体之间的距离远大于环形末端处的距离。腔的这些形状优选用于将气体燃料和热解产物混合成具有高爆震潜力的均匀混合物。由于腔的第一旋转体是燃烧室的反射器，来自燃烧室的热量被传递到热解腔，用于加热在热解腔内流动的燃料。同时，燃烧室反射器被冷却。这种类型的结构允许保持整个发动机的热平衡，并且不消耗能量来用于燃料的热解。反射器的厚度必须能够承受爆震期间燃烧室中的压力。
[0045]
可提供常规的管来将燃料从源贮存器传送到热解腔。管可作为喷嘴在热解腔的受热表面附近终止，使得燃料以一定方向喷射到其中，该方向是管相对于特殊形状主体的几何形状的取向的结果。
[0046]
为了促进改进的热解，可布置特殊的喷嘴或多个类似的喷嘴来将燃料以足够的动量和方向喷射到热解腔中，使得该燃料沿着允许流以最长持续时间在受热表面上通过的路径流动。如果成形热解腔具有旋转体的形状，则一条优选的路径是围绕旋转体的该受热表面的螺旋。在这种情况下，喷嘴的优选方向是相对于受热表面切向并且相对于该表面的旋转轴线正交。
[0047]
在其他形状的具有加热表面的腔中，提供燃料流在受热表面上通过的最长持续时间的其他构造的流动路径在操作上是有用的。这可通过在所述腔壁上的翅片或分配在所述腔的受热表面上分布燃料流的一组喷嘴来实现。这些和其他可能的解决方案包括在发明中。
[0048]
燃料从源贮存器传送，通过管到达喷嘴，在喷嘴处燃料被喷射到特殊形状的腔中，使得燃料流向燃料导管的开口末端传送。然后，气体燃料从该末端离开燃料导管，并且被引
导到燃烧室或混合室中。各种形式的该末端都是可行的，但是分配应围绕燃烧室呈环形。特定情况的形状可以是一个或几个具有圆形或狭缝形状的孔。优选的形状是环形狭缝，它允许无障碍地供应气体燃料以促进最高速率。
[0049]
氧化剂传送系统
[0050]
这些喷气发动机的另一个重要系统提供氧化剂的供应。所述系统提供气体氧化剂的传送。氧化剂传送系统将氧化剂从源直接或经由混合室传输到燃烧室。以等于或大于大气压力的规定设计压力将气体氧化剂传送到燃烧室。这种压力可通过各种方式提供。在一个示例中，氧化剂先由机械压缩机加压，然后在氧化剂传送系统处被接收。在第二示例中，氧化剂的贮存器包括压力室，该压力室在大于周围大气的压力下提供氧化剂的供应。在优选的示例中，利用放置在旋转系统(诸如航空器转子)的尖端处的发动机生成的离心力来使气体氧化剂经受加速。
[0051]
氧化剂可被包括在具有惰性气体的气体混合物中。在特定情况下，气体氧化剂可以是纯气体或液态氧，或混合物诸如空气中的氧。空气源可仅是来自空气入口的大气空气。在使用液态氧的情况下，氧被提前蒸发。使用纯氧作为氧化剂会产生更容易引爆的燃料和氧化剂的混合物，但安全性低得多。氧化剂的最优选的解决方案是使用环境空气，因为空气可从大气中获得。当使用这些系统来推进飞行的航空器时，大气包含足够多的氧气来便于达到正常飞行计划的高度。
[0052]
与燃料传送系统相似，氧化剂传送系统使氧化剂流朝末端开口或出口端口传送。与燃料传送系统相似，氧化剂传送系统在将燃料流供应到燃烧室中之前在改进燃料流特征(诸如流动速率)方面起主要作用。为了在这些脉冲爆震喷气发动机中获得最高效率，优选的是高速氧化剂流。这可经由构造本文所述的特殊结构来实现。氧化剂导管的容积相对于流动方向减小。也就是说，在氧化剂进入导管的位置处具有相对大的容积，并且该容积随着氧化剂传送到导管末端而收缩。这种容积的转变促进氧化剂流速的增大，使得氧化剂以高动能离开，这促进与气体燃料的更彻底的混合和在燃烧室中的加热过程中动能的转化。
[0053]
然而，与燃料导管不同，氧化剂导管不受益于用于热解的热量输入。因此，该喷气发动机的氧化剂导管可采用任意方便的形状，它最终具有所述的末端，氧化剂从该末端以高速率流动。该末端的形式可以是可变的，但是最优选的型式是围绕燃烧室呈环形。可操作形状的特定型式可包括具有圆形或狭缝形状的多个孔。另一个优选的型式是环形狭缝，它允许在相对狭窄的环形狭缝中供应氧化剂而不阻碍氧化剂的速率，氧化剂可通过该环形狭缝进入混合室中。
[0054]
混合室
[0055]
在促进燃料和氧化剂的更完全混合的一些型式中，混合室将燃料和氧化剂从它们相应的传送系统接收到容积中，在该容积中这些燃料和氧化剂在剧烈的混乱气体流中混合在一起。气体燃料和气体氧化剂可从同心的环形狭缝离开，这些环形狭缝非常接近地定位在一起，使得当气体流到一起时自然地开始混合。混合室可仅被布置为小环形容积，该容积将两个出口狭缝与将混合物沿径向向内方向喷射到燃烧室中的特殊环形喷嘴联接。
[0056]
这种结构允许燃料和氧化剂在供应到燃烧室之前均匀混合。特别优选的是在系统具有高离心力的情况下，这种离心力在发动机在转子的尖端上使用的情况下常见。混合物密度的任何不均匀性导致其在离心力的作用下分层，这显著地降低了爆震效率。
[0057]
喷射系统
[0058]
气体燃料和气体氧化剂通过燃料和氧化剂供应系统的末端供应。虽然一些型式可被布置成从传送系统的末端直接喷射到燃烧室中，但是优选的型式包括中间元件，即混合室。在气体燃料和氧化剂流分开的情况下，喷射系统仅仅是将燃料和氧化剂直接喷射到燃烧室中的燃料导管和氧化剂导管的末端的延续。
[0059]
在具有混合室的型式中，喷射系统被放置在燃料传送系统和氧化剂传送系统的末端与燃烧室之间，并且混合室中的气体在压力下从它们相应的传送系统通过喷嘴，这些喷嘴被布置成将混合的可引爆气体径向向内朝燃烧室中的系统轴线喷射。喷嘴可被布置为单个喷嘴或围绕燃烧室的环带环形分配的多个喷嘴。这些喷嘴的横截面形状可以是圆形或狭缝。这些喷嘴将燃料和氧化剂混合物从所有方向径向地引导到燃烧室的中心区。一个型式可被布置成将混合物流朝反射器壁引导，使目标混合物从反射器加热。但是定向的混合物流的优选的方向是朝接近反射器抛物线焦点的中心区。燃料和氧化剂混合物应具有最大可能的速率，以使当流在中心汇聚时转化成热量的动能最大化。燃料和氧化剂混合物的优选速率是超音速，这可通过将燃料和氧化剂喷射到燃烧室中的喷嘴的特殊几何形状来实现。为了实现具有这种特征的优选几何形状，可使用在中间收缩的横截面。或者在特定情况下，所述横截面具有拉伐尔喷嘴的形式。最终喷射系统结构提供了其中燃料和氧化剂混合物具有非常接近爆震激发过程的最高爆震潜力的条件。
[0060]
爆震引发器
[0061]
虽然仍然可能以引起自发爆震的可操作形式来布置一些发动机几何形状，但是优选的型式肯定包括用于引发爆震的装置。在共振脉冲爆震的情况下，稳定的爆震过程需要燃料和氧化剂混合物具有高水平的爆震潜力。依赖于自发爆震的发动机遭受这样的条件，即在燃料和氧化剂的不同进入压力以及它们在混合物中的不同比例的情况下，难以实现和保持发动机循环时间。因此，自发爆震型发动机非常依赖于燃料和氧化剂供应的工作条件和特征。由于优选包括具有宽范围的燃料和氧化剂混合物条件的发动机来管理推力，因此该脉冲爆震喷气发动机的一些型式还包括表征为爆震引发器的系统，其有助于控制循环定时和其他系统稳定性。
[0062]
爆震引发器与燃烧室相关联，使得允许爆震引发器引入适时的物理脉冲，该物理脉冲入射在燃料氧化剂气体混合物上，使得混合物引爆。考虑到需要规定时间或规定频率的循环周期的任何特定气体动力学模型，这特别重要。因此，爆震引发器可促进与气体动力共振一致的定时，并且这些系统的爆震引发器考虑发动机的自然共振并且与该自然共振匹配。爆震引发器必须在燃烧室的其中燃料和氧化剂混合物大部分准备好爆震的区中提供脉冲。在燃烧室反射器呈抛物线形状的情况下，向其中提供脉冲的区是抛物线焦点和提供燃料和氧化剂的可引爆混合物的环形喷嘴的中心。
[0063]
可存在若干爆震引发器，并且它们的位置和操作与脉冲爆震过程一致。在一个特定型式中，火花塞位于燃烧室附近，火花塞的热脉冲可开始爆震过程。在另一个重要型式中，爆震引发器是在系统轴线上的管，该管在远侧端部闭合并且在接近燃烧室的端部开放。该管穿过上述燃料导管的腔。爆震产物的冲击波从燃烧室穿过该管到达闭合的远侧端部，在从该远侧端部反射之后返回到燃烧室，被引导到燃烧室的中心，与在上述中心区中的气体燃料和空气的更新的混合物相遇，然后引发该混合物的爆震。管的长度与冲击波通过它
的时间相关，该时间与从开始前一循环的爆震、随后爆震产物通过排气喷嘴排气、形成低压波，以及气体燃料和空气的混合物的新部分到达所经过的时间一致。管直径被选择为使得冲击波中的压力突发脉冲足以引发爆震。
[0064]
主体
[0065]
外部壳体或主体结构可提供部件元件的物理封闭及其机械支撑。该外部壳体或主体可形成所述元件的部分，诸如氧化剂导管的一部分。外部壳体优选由坚固、刚硬和耐受高温(超过1400℃)的金属制成，由此它可在结构上与包括排气喷嘴、不对称反射器、燃料导管和空气导管的其他部件部分以及其他辅助系统部分集成。
[0066]
支撑结构
[0067]
最终，这些发动机可附加地包括结构支撑元件，诸如机械支撑的辐条系统，其被布置成将反射器相对于排气喷嘴安装在系统轴线上，并且产生燃烧室容积。还包括用于支撑和保持燃料传送系统的部分的附加机械结构。所有元件都应由有能力在高温条件、高离心力条件下工作的材料制成，并且由于狭缝、喷嘴和腔的尺寸不改变，不同部分的热膨胀系数应接近。
[0068]
本发明的优选实施方案
[0069]
本发明的一个优选的型式是布置成使用丙烷作为气体燃料并且使用空气作为氧化剂的脉冲爆震喷气发动机。设想了一种构造，其中，发动机的燃料传送系统的入口处的丙烷燃料的压力经由离心力来实现，并且具有约3个大气压至10个大气压之间的量值。类似地，选择一种构造以在约1个大气压至7个大气压的范围内产生由于离心力而造成的空气压力，该压力在发动机的氧化剂传送系统的入口处测量。
[0070]
优选的型式包括由金属制成的厚度在约0.3mm和3mm之间的发动机部分，该金属还表征为具有1500℃的工作温度的高强度、耐热不锈钢ei868。
[0071]
一个优选的型式包括作为爆震共振器的组成部分的燃烧室(4)，该燃烧室包括具有大致抛物线形状的反射器(9)，该反射器在喷射系统(13)的喷嘴处具有约80毫米的最大直径。排气喷嘴(10)具有圆形的孔，该孔通过接近和取向连接到燃烧室(4)。
[0072]
气体燃料传送系统将燃料供应到部分封闭的腔中，该腔为热解腔(11)。燃烧室的反射器(9)的背表面形成该热解腔的边界。本文中被称为热解腔盖(23)的同轴第二旋转体具有类似的形状并且位于系统轴线上。反射器顶点(14)和所述盖顶点(15)之间的距离优选地在约5毫米和16毫米之间，发现8mm是提供优越性能的一个最佳选择值。燃料传送系统的末端是环形狭缝(7)，其优选宽度为约1毫米，但是约0.3毫米和3毫米之间是可操作范围。
[0073]
空气传送系统将空气通过发动机主体(22)内部和热解腔盖(23)外部的任意形状的空间供应。该空间具有被布置为环形狭缝(6)的开口末端，该环形狭缝在最佳模式下具有约1毫米的宽度，并且有用的可操作范围为约0.3毫米和3毫米之间的宽度。热解腔盖(23)由多个金属肋连接到发动机主体(22)，这些金属肋穿过空气导管腔。
[0074]
空气导管的环形狭缝(6)和气体燃料腔的环形狭缝(7)同心，并且彼此相邻定位，面向某个容积，该容积为混合室(12)。该容积优选地被布置为环形容积。气体燃料流(20)和空气流(19)在该容积中按比例混合在一起，该比例取决于发动机的相应导管的入口(1和2)处的空气和气体燃料的压力。通过部件和密度的分配，该混合物非常均匀。
[0075]
混合室(12)将气体燃料和空气的混合物重新引导到喷射系统，该喷射系统形成为
环形喷嘴(13)，该喷嘴有时优选地具有在中间收缩的横截面并且相对于抛物线反射器的轴线(24)正交定向。在一个优选的型式中，该喷嘴的长度为约5毫米，具有朝向燃烧室定向的开口孔，该孔的宽度为4.3毫米。该喷嘴提供了以超音速速率喷射到燃烧室中的混合物(25)。
[0076]
抛物线反射器的几何焦点大致位于所述环形喷嘴的平面上。反射器和环形喷嘴如图2所示分配。环形混合室(12)的壁被定位成与所述狭缝(6和7)相对，并且另外可操作用于提供结构支撑以将燃烧室(4)的反射器(9)保持在发动机主体(22)内部。排气喷嘴(10)是直径为约70毫米的圆柱体并且长度优选为约40毫米。排气喷嘴圆柱体的一侧与环形混合室的壁连接，另一侧是通向发动机主体外部的开口孔。
[0077]
用于向所述热解腔(11)供应气体燃料的喷嘴(5)位于反射器背表面的切向方向，并且在热解腔盖(23)的表面附近，与系统的轴线(24)正交定向。用于在所述热解腔内部供应气体燃料的喷嘴的穿透点在系统轴线上的投影位于反射器顶点(14)和热解腔盖顶点(15)之间。
[0078]
爆震引发器(8)优选地被布置为位于系统轴线上的长度为170毫米的管。该管的远侧端部位于空气导管的内部，而且该管穿透热解腔和反射器(9)，并且例如通过焊接与它们连接。管的开口端部定位在燃烧室(4)内部，使得它可将冲击波接收管中。
[0079]
在一个型式中，整个系统的重量为约0.9千克并且钢的厚度为1mm。
[0080]
在爆震过程期间，燃烧室的金属反射器的温度为1300℃。由燃料喷嘴供应的气体燃料被引导到气体燃料导管的所述腔中，并且在金属反射器背侧上形成螺旋流。
[0081]
在最佳的型式中，脉冲爆震循环具有在约10千赫的范围内的频率。在丙烷作用在发动机的燃料导管入口上的最大压力为10巴的情况下，所述脉冲爆震发动机的最大推力为392n。
[0082]
因此，在本发明的优选实施方案中提出的发动机设计中，由于脉冲爆震喷气发动机的效率、比功率和可靠性提高而使其性能提高，因此实现了所需的技术效果。