一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法

1.本发明涉及爆震燃烧和爆震推进技术领域，具体为一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法。


背景技术：

2.脉冲爆震发动机是一种利用间歇式爆震波产生周期性冲量的空天动力装置。其燃烧过程近似等容燃烧，因此其热循环效率高于传统等压燃烧的空天动力装置，且结构简单、重量轻，拥有广阔的应用前景。
3.脉冲爆震发动机的稳定起爆一直是一个困难，传统的脉冲爆震发动机通过在燃烧室内加装ddt(deflagration to detonation transition)增强装置来使火焰加速形成爆震波，因此也一直存在发动机轴向距离过长、总压损失过大等缺点。所以如何短距、高效、低流阻地形成爆震波一直是脉冲爆震发动机领域的难点，也是实际工程应用的关键技术。
4.针对上述现有技术存在的缺陷，设计一种能实现稳定且高效起爆的装置，并阐明其控制方法，显得尤为重要。本发明提出了一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，能够在缩短发动机长度、减小总压损失的基础上实现高效稳定的爆震波起爆。


技术实现要素：

5.要解决的技术问题
6.针对当前两相脉冲爆震发动机燃料雾化水平低，短距起爆困难，本发明提供一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，能够在短距离内形成爆震波，达到缩短发动机长度、减小总压损失的目的。本发明可以用于爆震燃烧和爆震推进领域。
7.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
8.一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，包括：进气段1、掺混段2、点火器3、爆震燃烧室4、爆震传播段5、尾喷管6、离子探针7、控制系统8及燃油和氧化剂供给系统9，各部件通过法兰连接，各部件连接法兰之间需安装橡胶垫圈以防止燃料泄漏；点火器3与离子探针7通过螺纹孔安装于爆震燃烧室4内，并径向平齐安装；点火器3与离子探针7轴向之间间距为70-100mm，轴向间距可根据爆震燃烧室4的孔径调整。由3个点火器3与3个离子探针7组成点火系统；点火器3及离子探针7安装于爆震燃烧室4内部并接入控制系统，统一作动，爆震波起爆依赖于3个点火器3间打火时序控制；燃油与氧化剂在掺混段2形成油气混合物后进入爆震燃烧室4后，随后点火器3依次打火，爆震波起爆并传播。
9.一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，其控制方法可具体表述为：在一个工作循环内，油气混合物填充爆震燃烧室后，点火器3-1作动打火，油气混合物被点燃，形成缓燃燃烧，产生右传燃烧波及压缩波；当控制系统8检测到第1个高电平，即火焰传播至离子探针7-2处时，控制点火器3-2作动打火，产生第二个局部爆炸热点，局部能量得到加强，第一次打火产生的缓燃燃烧波得到加速；当控制系统8检测到第2个高电平，即火焰传播至离子探针7-3处时，控制点火器3-3作动打火，形成第三个局部高压，燃烧波再次加速，压力
波与燃烧波耦合形成爆震波，爆震波波速达到c-j参数。
10.本发明提出的多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，多次外加点火能量可以诱导该区域燃烧，生成新的燃烧压缩波，进一步强化已有压缩波波后流场密度和压力；第一道燃烧波产生的高温环境进一步加强了油气混合物的雾化效果，创造了有利于爆震形成的流场条件。此起爆方案区别于传统单点火源配合ddt爆震增强装置的起爆方案，从根本上改善了两相爆震在低雾化水平下难以稳定、短距起爆的问题。
11.本发明提出的多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，爆震燃烧室4内无需安装ddt(deflagration to detonation transition)增强装置，大幅度缩短ddt距离及时间、缩短发动机长度，降低总压损失。
12.本发明提出的多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，可用于气态燃料脉冲爆震发动机以及液态燃料脉冲爆震发动机。
13.有益效果：
14.采用本发明提出的多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，可以省去ddt爆震增强装置，进而大幅缩短脉冲爆震发动机的长度，简化爆震发动机结构，降低总压损失，实现稳定、短距起爆，最终提高脉冲爆震发动机的做功能力。
附图说明
15.图1为多点连续点火的爆震起爆装置结构示意图
16.图2为控制系统逻辑控制时序图
17.图3为离子探针波形示意图
18.其中，1为进气段，2为掺混段，3为点火器，4为爆震燃烧室，5为爆震传播段，6为尾喷管，7为离子探针，8为控制系统，9-1为燃油供给管路。9-2为氧化剂供给管路。
具体实施方式
19.下面结合附图以及具体实施过程对本发明作进一步说明。
20.如图1所示，本发明提出的一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，包括：进气段1、掺混段2、点火器3、爆震燃烧室4、爆震传播段5、尾喷管6、离子探针7、控制系统8及燃油和氧化剂供给系统，各部件通过法兰连接，各部件连接法兰之间需安装橡胶垫圈以防止燃料泄漏；点火器3与离子探针7通过螺纹孔安装于爆震燃烧室4内，并径向平齐安装；点火器3与离子探针7轴向之间间距为70-100mm，轴向间距可根据爆震燃烧室4的孔径调整。由3个点火器3与3个离子探针7组成点火系统；点火器3及离子探针7安装于爆震燃烧室4内部并接入控制系统，统一作动，爆震波起爆依赖于3个点火器3之间的打火时序控制；燃油与氧化剂在掺混段2形成油气混合物后进入爆震燃烧室4后，随后点火器3依次打火，爆震波起爆并传播。
21.实施例一：
22.图2为本发明控制系统逻辑控制时序图，图3为离子探针波形示意图。如图所示，本发明采用无阀控制，燃料与氧化剂保持常开；在一个工作循环内，油气混合物填充爆震燃烧室后，点火器3-1作动打火，油气混合物被点燃，形成缓燃燃烧，产生右传燃烧波及压缩波；当控制系统8检测到第1个高电平，即火焰传播至离子探针7-2处时，控制点火器3-2作动打
火，产生第二个局部爆炸热点，局部能量得到加强，第一次打火产生的缓燃燃烧波得到加速；当控制系统8检测到第2个高电平，即火焰传播至离子探针7-3处时，控制点火器3-3作动打火，形成第三个局部高压，燃烧波再次加速，压力波与燃烧波耦合形成爆震波，爆震波波速达到c-j参数。随后，爆震波在爆震传播段5稳定传播，并通过尾喷管6排出，待进气段1压力低于供给压力时，新鲜混气填入开始新的循环。
23.以上结合附图和具体实施过程对本发明的具体实施方式作了详细描述，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的技术人员不脱离本发明原理的前提下，可以对上述方法做出各种改变与优化。


技术特征：
1.一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，包括：进气段、掺混段、点火器、爆震燃烧室、爆震传播段、尾喷管、离子探针、控制系统以及燃油供给和氧化剂供给管路，各部件通过法兰连接；其特征在于：点火器3及离子探针7安装于爆震燃烧室4内部并接入控制系统，统一作动；燃油与氧化剂在掺混段2形成油气混合物后进入爆震燃烧室4后，随后点火器3依次打火，爆震波起爆并传播。2.根据权利要求书1所述的一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，其特征在于：点火器3与离子探针7通过螺纹孔安装于爆震燃烧室4内，并径向平齐安装；点火器3与离子探针7轴向之间间距为70-100mm，轴向间距可根据爆震燃烧室4的孔径调整。3.根据权利要求书1所述的一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，其特征在于：由3个点火器3与3个离子探针7组成点火系统；爆震波起爆依赖于3个点火器3间打火时序控制。4.根据权利要求书1所述的一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，其特征在于：在一个工作循环内，油气混合物填充爆震燃烧室后，点火器3-1开始打火形成缓燃燃烧，当控制系统8检测到第1个高电平，即火焰传播至离子探针7-2处时控制点火器3-2打火，形成新的局部爆炸热点，缓燃火焰得到加速；当控制系统8检测到第2个高电平，即火焰传播至离子探针7-3处时控制点火器3-3打火，形成局部高压，缓燃火焰加速完成，压力波与燃烧波耦合形成爆震波，爆震波波速达到c-j参数。5.根据权利要求书1所述的一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，其特征在于：依据本发明提出的控制方法，爆震燃烧室4内无需安装ddt(deflagration to detonation transition)增强装置；大大缩短了发动机长度，提高了总压恢复系数。6.根据权利要求书1所述的一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，其特征在于：各部件连接法兰之间需安装橡胶垫圈以防止燃料泄漏。7.根据权利要求书1所述的一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，其特征在于：爆震管燃油采用高压氮气挤压的方式供给，氧化剂采用高压气瓶供给，并配有流量控制系统。

技术总结
本发明提出一种多点连续点火的爆震起爆装置及控制方法，属于爆震燃烧和爆震推进领域，包括进气段、掺混段、点火器、爆震燃烧室、爆震传播段、尾喷管、离子探针及控制系统。油气混合物在掺混段混合均匀后进入点火起爆段，待第一个点火器打火后，燃烧室形成缓燃燃烧，随之后两个点火器根据控制时序打火使得火焰加速，进而形成爆震波。本发明提出的起爆方法，可大幅度缩短爆震波起爆距离及发动机长度，降低总压损失。压损失。压损失。


技术研发人员：张启斌 杨宇佳 冯再杰 杨锐 范玮
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2022.10.10
技术公布日：2022/12/6