專利名稱：一種提高脈沖爆震發動機工作頻率的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及發動機技術領域，具體為一種提高脈沖爆震發動機工作頻率的裝置。
背景技術：
脈沖爆震發動機是一種利用脈沖式爆震波產生推力的非穩態的新概念發動機。爆 震波以每秒2000米左右的速度在可燃氣中傳播，能產生極高的增壓比(15-55倍)和燃氣 溫度(大于^OOK)。當高溫、高壓、高速燃氣從脈沖爆震發動機排出時就會產生推力。由于 爆震波傳播速度極快，其后的燃燒過程接近等容燃燒過程。熱循環效率比傳統的火箭發動 機高18% -20% ；不需要復雜的渦輪泵，結構簡單，重量輕；單位燃料消耗率低；推力調節比 大，響應快，調節過程簡單可靠；工作范圍寬。根據氧化劑的來源，可以將脈沖爆震發動機分 為火箭式和吸氣式兩種，火箭式脈沖爆震發動機由于自帶氧化劑，工作環境易于控制，一般 認為它的實際應用會先于吸氣式脈沖爆震發動機。考慮到容積的限制，脈沖爆震火箭發動 機在實際應用中都采用液態燃料。脈沖爆震火箭發動機是間歇式工作，主/次推進劑以及隔離氣體的填充都是由閥 來控制，在實際運用中，一般采用電磁閥和旋轉閥，由于旋轉閥需要提供動力驅動，體積和 重量都較大，且氣密性很差，極大的限制了實際應用；而電磁閥體積小巧，工作頻率較高，控 制簡單，因此得到廣泛的應用。研究表明，脈沖爆震火箭發動機的工作頻率對其性能有著 重要的影響，其工作頻率受電磁閥的工作頻率的制約電磁閥有其頻率上限，即超過某一頻 率，電磁閥就來不及響應，因此，傳統控制方法下脈沖爆震火箭發動機的工作頻率必然不大 于電磁閥的極限頻率。
實用新型內容要解決的技術問題為了打破電磁閥對脈沖爆震發動機工作頻率的限制，提高脈沖爆震發動機的工作 頻率，本實用新型提出了一種提高脈沖爆震發動機工作頻率的裝置，具體技術方案如下技術方案—種提高脈沖爆震發動機工作頻率的裝置，包括爆震管、點火器，其特征在于還 包括有換熱器、推進劑分/合裝置、主推進劑電磁閥、次推進劑電磁閥、第一隔離氣電磁閥 和第二隔離氣電磁閥；換熱器為封閉套筒結構，套接在爆震管爆震波形成段的外表面；推 進劑分/合裝置包括有預混腔、液態主推進劑通道和兩個進口、兩個出口，預混腔也有兩個 進口和兩個出口，其中一個進口和一個出口分別與推進劑分/合裝置的一個進口和一個出 口直接相連，推進劑分/合裝置的另一個進口通過三通閥與預混腔的另一進口及液態主推 進劑通道進口相連，推進劑分/合裝置的另一個出口通過三通閥與預混腔的另一出口及液 態主推進劑通道出口相連；換熱器進口通過主推進劑質量流量計與外部主推進劑通道相 連，換熱器出口與推進劑分/合裝置中接有三通閥的進口相連；推進劑分/合裝置中沒有三通閥的進口通過次推進劑質量流量計與外部次推進劑通道相連，沒有三通閥的出口通過次 推進劑電磁閥與爆震管上的次推進劑進口相連，推進劑分/合裝置中接有三通閥的出口通 過主推進劑電磁閥與爆震管上的主推進劑進口相連，且在連接管道上還接有熱電偶；第一 隔離氣電磁閥和第二隔離氣電磁閥并聯后一端與爆震管上的隔離氣進口相連，另一端通過 隔離氣質量流量計與外部隔離氣通道相連。一種提高脈沖爆震發動機工作頻率裝置的優選方案，其特征在于換熱器燃料進 口在換熱器靠近爆震管的外噴口的一端，換熱器燃料出口在換熱器遠離爆震管的外噴口的一端。一種提高脈沖爆震發動機工作頻率裝置的優選方案，其特征在于預混腔兩個進 口的軸線夾角為60度。一種提高脈沖爆震發動機工作頻率裝置的優選方案，其特征在于主推進劑電磁 閥與爆震管上主推進劑進口相連的管道中裝有防回火網；次推進劑電磁閥與爆震管上次推 進劑進口相連的管道中裝有防回火網。一種提高脈沖爆震發動機工作頻率裝置的優選方案，其特征在于爆震管的封閉 端內固定有噴注器，噴注器為圓柱形結構，與爆震管內壁緊配合，噴注器中心有軸向通孔， 通孔外端與爆震管的主推進劑進口相連，噴注器側面有兩個盲孔，分別于爆震管的次推進 劑進口和隔離氣進口相連，噴注器內端面上還有一圈軸向環形凹槽，凹槽與噴注器側面的 兩個盲孔相通。有益效果本實用新型通過液態燃料和氣態氧化劑啟動脈沖爆震發動機，利用發動機工作產 生的余熱給液態燃料加溫，使液態燃料蒸發為氣態，通過推進劑分/合裝置使氣態燃料和 氣態氧化劑提前預混，而后通過兩套電磁閥組交替工作，使得脈沖爆震發動機在不更換電 磁閥的情況下，實現脈沖爆震發動機工作頻率的提高。
圖1 本實用新型的結構示意圖；圖2 推進劑分/合裝置的結構示意圖(工作狀態1)；圖3 推進劑分/合裝置的結構示意圖(工作狀態2)；圖4:噴注器結構示意圖；其中1、爆震管；2、換熱器；3-1、主推進劑質量流量計；3-2、次推進劑質量流量 計；3-3、隔離氣質量流量計；4、外部主推進劑通道；5、外部次推進劑通道；6、熱電偶；7、 推進劑分/合裝置；8、點火器；9、噴注器；10-1、次推進劑電磁閥；10-2、主推進劑電磁閥； 10-3、第一隔離氣電磁閥；10-4、第二隔離氣電磁閥；11、防回火網；12、外部隔離氣通道； 13、外殼；14、預混腔；15、推進劑分/合裝置第一進口 ；16、預混腔進口 ；17、推進劑分/合裝 置第二進口；18、L型三通閥；19、液態主推進劑通道；20、T型三通閥；21、推進劑分/合裝置 第二出口 ；22、推進劑分/合裝置第一出口。
具體實施方式
下面結合實施例具體描述本實用新型[0020]實施例1 參照附圖1，本實施例所述的提高脈沖爆震發動機工作頻率的裝置包括有爆震管 1、換熱器2和推進劑分/合裝置7。采用航空煤油作為主推進劑，氧氣作為次推進劑，氮氣 作為隔離氣體。爆震管1內徑為30mm，外徑為36mm，全長為800mm，爆震管1的封閉端內固定有噴 注器9，噴注器9為圓柱形結構，與爆震管1內壁緊配合，噴注器9中心有軸向通孔，通孔外 端與爆震管1的主推進劑進口相連，噴注器側面有兩個盲孔，分別于爆震管的次推進劑進 口和隔離氣進口相連，噴注器內端面上還有一圈軸向環形凹槽，凹槽與噴注器側面的兩個 盲孔相通。通過噴注器9，可以使主推進劑、次推進劑和隔離氣在噴注器9后方摻混。點火 器8安裝在距離噴注器9后端20mm的爆震管管壁上。換熱器2為封閉套筒結構，全長為750mm，套接在爆震管爆震波形成段的外表面， 在本實施例中，換熱器2 —端與爆震管1的外噴口對齊；換熱器2的換熱腔內徑為36mm，外 徑為46mm，外壁厚度為3mm ；換熱器燃料進口在換熱器靠近爆震管的外噴口的一端，通過連 接管道與主推進劑質量流量計3-1和外部主推進劑通道4依次焊接串連，換熱器燃料出口 在換熱器遠離爆震管的外噴口的一端，主推進劑在換熱器2的換熱腔內流動方向與爆震波 傳播方向相反，主推進劑在換熱腔中吸收發動機工作產生的余熱，使其自身溫度提高，快速 達到蒸發溫度，變成氣態，同時使發動機得到冷卻。推進劑分/合裝置7包括有外殼13、預混腔14、液態主推進劑通道19和兩個進口、 兩個出口。預混腔14為封閉的矩形空腔結構，焊接固定在外殼13底部，預混腔14也有兩 個進口和兩個出口，且兩個進口的軸線夾角為60度，使得從兩個進口進入的氣態主推進劑 和氣態次推進劑在預混腔14中以碰撞方式預混。預混腔14的其中一個進口和一個出口分別與推進劑分/合裝置7的第一進口 15 和第一出口 22直接焊接相連；推進劑分/合裝置7的第二進口 17通過L型三通閥18與預 混腔14的另一進口 16以及液態主推進劑通道19的進口相連；推進劑分/合裝置7的第二 出口 21通過T型三通閥20與預混腔14的另一出口以及液態主推進劑通道19出口相連。推進劑分/合裝置7的第二進口 17通過連接管道與換熱器2的燃料出口相連； 推進劑分/合裝置7的第一進口 15通過連接管道與次推進劑質量流量計3-2和外部次推 進劑通道5依次串連；推進劑分/合裝置7的第二出口 21通過連接管道與主推進劑電磁 閥10-2和爆震管1上的主推進劑進口依次串連，且在第二出口 21與主推進劑電磁閥10-2 之間的連接管道上還接有J型熱電偶6，用于測量主推進劑的溫度，J型熱電偶6的測溫范 圍從-200到600度；推進劑分/合裝置7的第一出口 22通過連接管道與次推進劑電磁閥 10-1和爆震管1上的次推進劑進口依次串連；在主推進劑電磁閥10-2與爆震管上主推進 劑進口的連接管道中裝有防回火網11 ；次推進劑電磁閥10-1與爆震管上次推進劑進口的 連接管道中裝有防回火網11，防止發動機工作時產生回火，而使主推進劑電磁閥10-2、次 推進劑電磁閥10-1及其他重要裝置燒壞。第一隔離氣電磁閥10-3和第二隔離氣電磁閥10-4并聯，并聯后一端與爆震管1 上的隔離氣進口相連，另一端通過連接管道與隔離氣質量流量計3-3和外部隔離氣通道12 依次串接。本裝置開始工作時，參照附圖2，推進劑分/合裝置7內的L型三通閥18和T型三通閥20接通推進劑分/合裝置7的第二進口 17、液態主推進劑通道19和推進劑分/合 裝置7的第二出口 21，使從外部主推進劑通道4流入的液態主推進劑經過換熱器2在推進 劑分/合裝置7內不與氣態次推進劑混合，而是直接通過主推進劑電磁閥10-2進入噴注器 9 ；氣態次推進劑也直接通過推進劑分/合裝置7和次推進劑電磁閥10-1進入噴注器9 ；本 實施例中，這一階段，在一個工作周期中，主推進劑、次推進劑和點火的占空比為0. 35,0. 35 和0. 01，相位為0、0和126°，填充、點火且爆震波傳出爆震管1完成后，只需第一隔離氣電 磁閥10-3工作，將隔離氣通入爆震管1，本實施例中隔離氣的占空比為0. 35，相位為234°， 隔離氣吹除高溫殘余物后，繼續下一個工作周期。在本裝置工作過程中，J型熱電偶6 —直在檢測主推進劑的溫度，隨著發動機的運 行，發動機工作時產生的余熱通過換熱器2對主推進劑進行加溫，當主推進劑溫度達到其 蒸發溫度時，參照附圖3，改變推進劑分/合裝置7內的L型三通閥18和T型三通閥20的 接通狀態，將推進劑分/合裝置7的第二進口 17、預混腔進口 16和推進劑分/合裝置7的 第二出口 21接通，使得經過換熱器2的氣態主推進劑與氣態次推進劑在預混腔14中提前 摻混，此時從推進劑分/合裝置第二出口 21以及推進劑分/合裝置第一出口 22中流出的 預混推進劑狀態相同。此時，由于從外部主推進劑通道4流入的液態主推進劑通過換熱器2 加溫變為氣態后，流量降低，所以需要通過檢測主推進劑質量流量計3-1，提高主推進劑供 給壓力，保持主推進劑的固定流量。同時，改變主推進劑電磁閥10-2、次推進劑電磁閥10-1、第一隔離氣電磁閥10-3 和第二隔離氣電磁閥10-4的工作狀態，將主推進劑電磁閥10-2與第一隔離氣電磁閥10-3 分為一組，次推進劑電磁閥10-1與第二隔離氣電磁閥10-4分為另一組，兩組電磁閥分別交 替控制爆震管1的工作。例如，本實施例中，此工作狀態下，預混推進劑、點火和隔離氣的占 空比為0. 17,0. 01和0. 17，主推進劑電磁閥10-2，前半周期點火和第一隔離氣電磁閥10-3 的相位為0、63°和117°，次推進劑電磁閥10-1、后半周期點火和第二隔離氣電磁閥10-4 的相位為180° ,243° ,297°，如此循環進行。這樣由于采用了兩套電磁閥組交替工作，使得脈沖爆震發動機在不更換電磁閥的 情況下，實現脈沖爆震發動機工作頻率的提高，理論上可以實現脈沖爆震發動機工作頻率 為電磁閥頻率的兩倍。
權利要求1.一種提高脈沖爆震發動機工作頻率的裝置，包括爆震管(1)、點火器(8)，其特征在 于還包括有換熱器O)、推進劑分/合裝置(7)、主推進劑電磁閥(10-2)、次推進劑電磁閥 (10-1)、第一隔離氣電磁閥(10-3)和第二隔離氣電磁閥(10-4)；換熱器⑵為封閉套筒結 構，套接在爆震管爆震波形成段的外表面；推進劑分/合裝置(7)包括有預混腔(14)、液態 主推進劑通道(19)和兩個進口、兩個出口，預混腔(14)也有兩個進口和兩個出口，其中一 個進口和一個出口分別與推進劑分/合裝置(7)的一個進口和一個出口直接相連，推進劑 分/合裝置(7)的另一個進口通過三通閥與預混腔(14)的另一進口及液態主推進劑通道 (19)進口相連，推進劑分/合裝置(7)的另一個出口通過三通閥與預混腔的另一出口及液 態主推進劑通道(19)出口相連；換熱器( 進口通過主推進劑質量流量計(3-1)與外部 主推進劑通道(4)相連，換熱器O)出口與推進劑分/合裝置(7)中接有三通閥的進口相 連；推進劑分/合裝置(7)中沒有三通閥的進口通過次推進劑質量流量計(3- 與外部次 推進劑通道( 相連，沒有三通閥的出口通過次推進劑電磁閥(10-1)與爆震管(1)上的次 推進劑進口相連，推進劑分/合裝置(7)中接有三通閥的出口通過主推進劑電磁閥(10-2) 與爆震管(1)上的主推進劑進口相連，且在連接管道上還接有熱電偶(6)；第一隔離氣電磁 閥(10-3)和第二隔離氣電磁閥(10-4)并聯后一端與爆震管(1)上的隔離氣進口相連，另 一端通過隔離氣質量流量計(3-3)與外部隔離氣通道(12)相連。
2.根據權利要求1所述的一種提高脈沖爆震發動機工作頻率的裝置，其特征在于換 熱器燃料進口在換熱器靠近爆震管的外噴口的一端，換熱器燃料出口在換熱器遠離爆震管 的外噴口的一端。
3.根據權利要求1所述的一種提高脈沖爆震發動機工作頻率的裝置，其特征在于預 混腔兩個進口的軸線夾角為60度。
4.根據權利要求1所述的一種提高脈沖爆震發動機工作頻率的裝置，其特征在于主 推進劑電磁閥(10- 與爆震管上主推進劑進口相連的管道中裝有防回火網；次推進劑電 磁閥(10-1)與爆震管上次推進劑進口相連的管道中裝有防回火網。
5.根據權利要求1所述的一種提高脈沖爆震發動機工作頻率的裝置，其特征在于爆 震管(1)的封閉端內固定有噴注器(9)，噴注器(9)為圓柱形結構，與爆震管(1)內壁緊配 合，噴注器(9)中心有軸向通孔，通孔外端與爆震管(1)的主推進劑進口相連，噴注器側面 有兩個盲孔，分別于爆震管的次推進劑進口和隔離氣進口相連，噴注器內端面上還有一圈 軸向環形凹槽，凹槽與噴注器側面的兩個盲孔相通。
專利摘要本實用新型提出了一種提高脈沖爆震發動機工作頻率的裝置。裝置包括爆震管、換熱器和推進劑分/合裝置，首先推進劑分/合裝置分別輸送液態燃料和氣態氧化劑使發動機工作，而后換熱器將用發動機工作余熱加熱液態燃料，當其變為氣態后，與氣態氧化劑在推進劑分/合裝置內混合輸入到爆震管，通過兩套電磁閥交替控制工作，實現脈沖爆震發動機工作頻率的提高。
文檔編號F02K9/52GK201843702SQ201020607998
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月11日 優先權日2010年11月11日
發明者朱旭東, 穆揚, 范瑋, 袁成 申請人:西北工業大學