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一种活塞式脉冲爆震发动机

阅读:1044发布:2020-05-12

专利汇可以提供一种活塞式脉冲爆震发动机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种 活塞 式脉冲 爆震 发动机 ,包括整流罩、爆震燃烧装置、 风 扇组件、传动机构和 支撑 结构;其中爆震燃烧装置产生的 能量 一部分向下游传播产生推 力 ,另一部分向上游传播并作用到传动装置上,传动装置带动风扇组件中的风扇快速旋转产生机械能,提高整个发动机系统的能量利用和推力,并有效地抑制爆震燃烧的能量反传。支撑结构对爆震燃烧装置、风扇组件和传动机构起到固定和约束的作用,整流罩起到整流和形成外涵的作用。该发动机有效地解决自吸气 脉冲爆震发动机 的压力反传和能量利用等一系列问题,适用于爆震推进领域。,下面是一种活塞式脉冲爆震发动机专利的具体信息内容。

1.一种活塞式脉冲爆震发动机,包括整流罩、爆震燃烧装置、扇组件、传动机构和孔板支撑结构,其特征在于:爆震燃烧装置产生的能量一部分通过向下游传播产生推,另一部分向上游传播并作用到传动装置上,传动装置带动风扇组件中的风扇高速旋转产,产生推力和促进燃烧装置的散热,孔板支撑结构对其它机构起到固定和约束的作用,整流罩起到整流和形成外涵的作用。
2.根据权利要求1所述的一种活塞式脉冲爆震发动机,其特征在于:所述的爆震燃烧装置由多组(≥1)组成,每组均包括爆震管、燃油注油口、火花塞、活塞缸、进气孔和凸台,活塞缸位于爆震管的中部偏前端的位置,进气孔位于活塞缸壁面上,凸台紧挨着进气孔后部,注油孔和火花塞位于紧挨进气孔的锥面处,其中活塞在活塞缸内作往返运动控制进气孔的开合,凸台起到对空气来流汇聚的作用。
3.根据权利要求1所述的一种活塞式脉冲爆震发动机,其特征在于:所述的风扇组件由风扇、两个向心轴承、两个推力球轴承和轴组成,其中风扇位于轴的最前端,轴位于爆震发动机的中心轴处,由孔板支撑结构进行约束,一个向心轴承和一个推力球轴承装在轴上,位于风扇后方一定距离内,另一个向心轴承和另一个推力球轴承位于轴的末端,这些轴承固定在孔板支撑结构上,用于承担风扇和轴的径向载荷和轴向载荷。
4.根据权利要求1所述的一种活塞式脉冲爆震发动机,其特征在于:所述的传动机构由曲轴、曲轴承接套、齿轮、齿轮盘、连杆、活塞组成,其中传动机构的数量与爆震燃烧装置的数量一致,曲轴承接套安装于爆震管首端,曲轴安装在曲轴承接套内,曲轴与活塞之间通过连杆相连,活塞位于活塞缸内,齿轮安装在曲轴内侧与齿轮盘啮合,齿轮盘安装于轴上。
5.根据权利要求1所述的一种活塞式脉冲爆震发动机,其特征在于:所述的孔板支撑结构,由多个孔板支撑结构组成,其中孔板支撑结构固定于整流罩内侧,对爆震燃烧装置按一定度进行固定和约束,对风扇组件中的轴承进行固定和约束。

说明书全文

一种活塞式脉冲爆震发动机

技术领域

[0001] 本发明涉及脉冲爆震推进技术领域,具体涉及一种活塞式脉冲爆震发动机

背景技术

[0002] 脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine,简称PDE)是一种利用周期性爆震燃烧从而产生推的发动机。相比于传统航空喷气式发动机的等压燃烧,脉冲爆震发动机的热力过程近似等容循环,具有更高的热效率。而且,脉冲爆震燃烧省去了复杂的涡轮压气机旋转机构,因此结构复杂度和重量大大降低,推重比可以得到很大的提升。由于具有这些优良的性能和潜在的优势,爆震燃烧获得了国内外众多学者的研究和探讨。
[0003] 爆震燃烧具有巨大的理论优势,然而,将爆震燃烧技术应用于实际,受到技术上的重重制约。现有的脉冲爆震发动机按化剂来源进行分类,可以分成如下两类:吸气式脉冲爆震发动机(Air-breathing Pulse Detonation Engine,简称APDE)和火箭式脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Rocket Engine,简称PDRE)。PDRE需要自带氧化剂,而APDE通过吸取空气中的氧气作为氧化剂,因此,APDE相比于PDRE具有更高的比冲和更低的工作成本,应用前景巨大。
[0004] 脉冲爆震发动机在工作时,爆震波开始向爆震管通道两侧出口传播,而爆震波向通道前端传播影响正常进气,造成压力和推力损失,这对吸气式脉冲爆震发动机的工程应用非常不利。现有的抑制反传的装置中,机械在高温高压的环境下,易损坏且需要外部能量的输入和控制,其它的一些设计也不能有效地控制反传的距离,而且能量损耗很大,因此迫切需要设计新的机构用来抑制压力反传和能量的损耗。

发明内容

[0005] 要解决的技术问题
[0006] 为了解决自吸气脉冲爆震发动机的压力反传和能量利用等一系列问题,本发明提出了一种活塞式脉冲爆震发动机设计方案。
[0007] 技术方案
[0008] 一种活塞式脉冲爆震发动机装置,包括整流罩、爆震燃烧装置、扇组件、传动机构和孔板支撑结构,其特征在于:爆震燃烧装置产生的能量一部分通过向下游传播产生推力,另一部分向上游传播并作用到传动装置上,传动装置带动风扇组件中的风扇高速旋转产生推力并提高燃烧装置的换热能力。支撑结构对整流罩、爆震燃烧装置、风扇组件和传动机构进行固定和约束,整流罩起到整流和形成外涵的作用。
[0009] 所述的一种活塞式脉冲爆震发动机装置,其特征在于:所述的爆震燃烧装置的数量一般大于等于1组,每组均包括爆震管、燃油注油口、火花塞、活塞缸、进气孔和凸台,活塞缸位于爆震管的中部偏前端的位置,进气孔位于活塞缸壁面上,凸台紧挨着进气孔后部,注油孔和火花塞位于紧挨进气孔的锥面处,其中活塞在活塞缸内作往返运动控制进气孔的开闭,凸台起到对空气来流进行汇聚的作用。
[0010] 所述的一种活塞式脉冲爆震发动机装置,其特征在于:所述的风扇组件由风扇3-1、两个向心轴承3-3,3-7、两个推力球轴承3-4,3-6和轴3-5组成,其中风扇3-1位于轴的最前端,轴3-5位于爆震发动机的中轴线处,由支撑结构进行约束,一个向心轴承3-3和一个推力球轴承3-4装在轴上,位于风扇后方一定距离,另一个向心轴承3-7和另一个推力球轴承
3-6位于轴的末端,这些轴承固定在孔板支撑结构上,用于承担风扇和轴的径向载荷和轴向载荷。
[0011] 所述的一种活塞式脉冲爆震发动机装置,其特征在于:所述的传动机构由曲轴4-1、曲轴承接套5-1、齿轮4-2、齿轮盘3-2、连杆4-3、活塞4-4组成,其中传动机构的数量与爆震燃烧装置的数量一致,曲轴承接套5-1安装于爆震管首端,曲轴4-1安装在曲轴承接套内,曲轴4-1与活塞4-4之间通过连杆4-3相连,活塞4-4在活塞缸,齿轮3-2安装在曲轴内侧与齿轮盘啮合,齿轮盘3-2安装于轴上。
[0012] 所述的一种活塞式脉冲爆震发动机装置,其特征在于:所述的支撑结构2数量大于等于3个,一般情况下,支撑结构2固定于整流罩内侧,一方面使爆震燃烧装置按一定度进行固定和约束,另一方面对风扇组件中的轴承进行固定和约束。
[0013] 有益效果
[0014] 本发明的有益效果是,提出了一种爆震发动机抑制压力反传和能量利用的解决方案;本发明利用活塞的往复运动来控制进气口的开启和闭合,通过爆震燃烧的反传力推动活塞运动,使得整个系统能够自适应地控制空气的进入,不需要外部能量的输入和外部信号的控制。
[0015] 另外,通过传动装置收集反传波的能量,转化为齿轮盘和风扇旋转的动能,一方面可以提供一定的推力,另一方面增加爆震燃烧装置的进气孔处的进气压力,且增强了对流换热强度,有利于系统的散热附图说明
[0016] 图1为活塞式脉冲爆震发动机整体结构示意图。
[0017] 图2为活塞式脉冲爆震发动机的内部结构示意图。
[0018] 图3为传动系统和风扇组件示意图。
[0019] 图4爆震管结构示意图。
[0020] 图5为活塞式脉冲爆震发动机的工作流程图
[0021] 图中1整流罩,2支撑结构,3-1风扇,3-2齿轮盘,3-3向心轴承,3-4推力球轴承,3-5轴,3-6推力球轴承,3-7向心轴承,4-1曲轴,4-2齿轮,4-3连杆,4-4活塞,5-1曲轴承接套,5-2活塞缸,5-3进气孔,5-4凸台,5-5注油口,5-6爆震管,5-7火花塞。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图以及具体实施过程对本发明作进一步说明。
[0023] 参见图1和图2,爆震燃烧装置以中心轴为基准等角度均匀分布,传动机构安装于爆震装置内,风扇组件位于整个系统的中轴线处,由支撑结构进行固定和约束。爆震燃烧装置产生的能量一部分通过向下游传播产生推力,另一部分向上游传播并作用到传动装置上,传动装置带动风扇组件中的风扇高速旋转产生推力和提高燃烧装置的散热能力,支撑结构对燃烧装置、传动机构和风扇组件进行固定和约束,整流罩起到整流和形成外涵的作用。
[0024] 参见图5,本发明有着如下的工作流程:当第一组燃烧和传动系统中的活塞4-4在爆震燃烧装置的活塞缸5-2内沿爆震管出口行至最大行程处而不处于死点位置(可以通过设计避免)时,启动前在爆震管中已经喷入可燃混气,此时进气孔已被活塞4-4完全堵塞,行成一段封闭,另一端开放的燃烧空间。火花塞5-7点火,爆震管5-6正常工作产生爆震波,爆震波大部分能量沿管道出口方向传播,一部分能量向上游传播,从而推动活塞4-4向上游方向移动到活塞的最小行程处(此时距活塞缸底部最远(如图5(b)),此时进气孔5-3已经完全地打开,通过风扇3-1加速空气来流,使得氧化剂可以快速补充,并与燃油混合。当活塞行至最大行程处,完全关闭进气孔,恢复到图5(a)的状态,最终,形成一个完整的循环工作。
[0025] 参见图2、图3、图4和图5,活塞4-4在活塞缸内的移动带动连杆4-3的运动和曲轴4-1的圆周运动(类似于活塞发动机的工作方式)。齿轮4-2装于曲轴内侧与齿轮盘3-2啮合,齿轮4-2的运动相应地也驱动了齿轮盘3-2的转动,使得另外几组燃烧传动系统中的活塞4-4依次沿爆震管出口方向行至最大行程处,火花塞5-7相继点火,所有的燃烧和传动装置有着相同的工作流程。整个系统在支撑结构2的约束下循环运行,传动装置推动固定于轴3-5上的齿轮盘,齿轮盘带动风扇3-1在轴承3-3、轴承3-4、轴承3-6和轴承3-7的约束下快速旋转,加速来流空气,使空气通过整流罩1形成的外涵道,提高该发动机的整体推力。该发动机利用活塞将反传的能量转化为风扇转动和整个系统平稳运行的机械能,不仅可以实现该发动机不依靠系统外的能量输入保证发动机的正常工作,还很好的抑制了爆震燃烧的能量反传,而且使得能量损失大幅度减小,这将使得该发动机的推力和整体性能都得到很大的提高。
[0026] 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。
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