專利名稱：一種具有次推進劑分布式噴注機構(gòu)的爆震室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種具有次推進劑分布式噴注機構(gòu)的爆震室，涉及發(fā)動機技術(shù)領(lǐng) 域。
技術(shù)背景脈沖爆震發(fā)動機是一種利用周期性爆震波產(chǎn)生的高溫、高壓燃氣發(fā)出的沖量來產(chǎn) 生推力的非穩(wěn)態(tài)推進裝置，當工作頻率達到較高的頻率時可以認為能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的推力， 一般要求能夠達到IOOHz以上。因而如何提高脈沖爆震發(fā)動機的工作頻率是很多研究者努 力的方向。不管是火箭式脈沖爆震發(fā)動機還是吸氣式脈沖爆震發(fā)動機，基本上都是雙組元推 進系統(tǒng)。對于吸氣式脈沖爆震發(fā)動機，空氣將占據(jù)燃燒室體積的絕大部分，氣體燃料或者液 體燃料相對體積較?。粚τ诨鸺矫}沖爆震發(fā)動機，通常采用液氧/氣氫、氧氣/煤油等系 統(tǒng)。不管采用哪一種系統(tǒng)都存在一種推進劑體積比較大的情況，我們稱其為主推進劑，另一 種稱為次推進劑，如吸氣式發(fā)動機中的氣體燃料或液體燃料，液氧/氣氫的液氧，氧氣/煤 油中的煤油均為次推進劑。具有經(jīng)典循環(huán)過程的脈沖爆震發(fā)動機，一端開口，另一端間歇噴注主推進劑和次 推進劑，然后點火起爆，爆震波傳出爆震室，然后填充隔離氣體，進入下一個循環(huán)。脈沖爆震 發(fā)動機由于上一個循環(huán)中已燃氣體膨脹后仍具有很高的溫度，因此在重新噴注推進劑之前 必須填充相當體積的隔離氣體。以氧氣為主推進劑、煤油為次推進劑的脈沖爆震火箭發(fā)動 機，必須使用惰性氣體如氮氣作為隔離氣體，隔離氣體的存儲和噴注需要一套單獨的系統(tǒng)， 因而降低了發(fā)動機的比沖和有效載荷。國內(nèi)外大量脈沖爆震發(fā)動機模型試驗研究中都采用電磁閥來實現(xiàn)主推進劑和次 推進劑的間歇供給，但電磁閥存在頻率與供給能力的矛盾，而使用高頻小流量電磁閥實現(xiàn) 推進劑分布式供應(yīng)時，還面臨電磁閥供電難度大和由于電磁閥個體差異無法保證工作完全 一致的問題。國內(nèi)外研究者也開發(fā)了旋轉(zhuǎn)閥應(yīng)用于脈沖爆震發(fā)動機，旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主推 進劑和次推進劑的供給時序無法靈活改變。脈沖爆震發(fā)動機的起爆方法有兩種直接起爆和間接起爆。直接起爆能在起爆的 瞬間產(chǎn)生爆震波，但要求很高的起爆點火能量，間接起爆是一種基于由爆燃向爆震轉(zhuǎn)變的 起爆方法，通常在發(fā)動機內(nèi)使用爆震增強裝置加速由爆燃向爆震轉(zhuǎn)變的過程，爆震增強裝 置的冷卻和使用壽命成為研究者關(guān)心的一個問題。以空氣為主推進劑、汽油為次推進劑的吸氣式脈沖爆震發(fā)動機，主、次推進劑均采 用無閥自適應(yīng)供給，但主、次推進劑的噴注壓力不同，當燃燒室內(nèi)壓力降低時，總是先噴注 單一推進劑而不是主、次推進劑的可燃混合物，因此不需要另外的隔離氣體。存在的問題 是當主、次推進劑同軸噴注時，主、次推進劑無法充分均勻混合；當主、次推進劑分別由軸 向、徑向?qū)ψ矅娮r，主、次推進劑混合較充分，但填充速度降低。目前，Shchelkin螺旋是脈沖爆震發(fā)動機中最常用的爆震增強裝置，由于無法對Shchelkin螺旋進行冷卻，在使用一段時間后Shchelkin螺旋因燒蝕變形而失效。 發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實用新型提出一種，尤其是一種應(yīng)用于脈沖爆 震發(fā)動機推進劑供給系統(tǒng)的推進劑分布式噴注機構(gòu)，可以提高脈沖爆震發(fā)動機的工作頻率。技術(shù)方案一種具有次推進劑分布式噴注機構(gòu)的爆震室，其特征在于包括次推進劑的分布式 噴注機構(gòu)和爆震室；爆震室為圓筒狀，一端為主推進劑噴注面板，另一端為敞口結(jié)構(gòu)；分布 式噴注機構(gòu)的噴注桿2 —端穿過并固定于噴注面板中心，螺旋5穿過噴注面板；分布式噴注 機構(gòu)沿爆震室中心軸延伸至爆震室出口，長度與脈沖爆震發(fā)動機爆震室長度相等，分布式 噴注機構(gòu)的噴注桿2的外徑與爆震室內(nèi)徑之比不大于2/3，噴注桿2上的螺旋槽3的螺距與 爆震室直徑相等。所述的分布式噴注機構(gòu)包括噴注桿2、螺旋槽3、噴注孔4、螺旋5和次噴注孔6 ；噴 注桿2的內(nèi)部為形成容腔的通孔結(jié)構(gòu)，噴注桿的外表面設(shè)有等螺距的半圓形螺旋槽3，沿著 螺旋槽底部，設(shè)有與容腔相通的噴注孔4 ；在噴注桿2的外圈，嵌入螺旋槽中纏繞有螺旋5， 螺旋5上設(shè)有若干個次噴注孔6 ；所述的螺旋5為圓形繞絲，自噴注桿2固定端以繞絲的一 半突出螺旋槽3的方式纏繞，長度為螺旋5螺距的6-8倍；其余部分繞絲為半圓形，且與半 圓形螺旋槽3外沿平齊；所述噴注孔4或次噴注孔6的直徑小于0. 5mm，兩孔中心間距大于 孔徑的二倍；所述的噴注孔4與次噴注孔6數(shù)量相等。所述螺旋槽3的半圓形槽的半徑不大于噴注桿2半徑的1/2。有益效果本實用新型提出的具有次推進劑分布式噴注機構(gòu)的爆震室，主推進劑由主推進劑 噴注面板軸向噴注，當主推進劑和高溫廢氣的界面?zhèn)鞑サ矫}沖爆震發(fā)動機燃燒室出口時， 螺旋驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動螺旋5沿螺旋槽3向前移動，使得螺旋槽內(nèi)所有的次推進劑噴注孔4與 螺旋上所有的次推進劑次噴注孔6完全重合，次推進劑噴入充滿主推進劑的燃燒室中，從 而瞬間形成雙組元可爆混氣。根據(jù)主、次推進劑當量比和霧化質(zhì)量要求，可以選擇適當?shù)拇?推進劑容腔壓力、噴注孔孔徑和分布密度，保證孔中心距大于孔徑的二倍即可。次推進劑噴 注完成后，螺旋驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動螺旋5沿螺旋槽3向后移動，使螺旋槽內(nèi)的次推進劑噴注孔4 與螺旋上的次推進劑次噴注孔6再次錯開。由于主推進劑軸向填充速度可以很快，而且次 推進劑的分布式噴注能讓主、次充分混合，從而可提高脈沖爆震發(fā)動機的工作頻率。本實用新型中，螺旋5在靠近脈沖爆震發(fā)動機主推進劑噴注面板一端突出螺旋槽 3，作為爆震增強裝置，當爆燃向爆震轉(zhuǎn)變完成后，為減小流動損失，螺旋5不再突出螺旋槽 3，而是剛好與螺旋槽外沿平齊。根據(jù)實驗研究，突出螺旋槽的螺旋部分長度為脈沖爆震燃 燒室直徑的6 8倍。同時，次推進劑可對噴注機構(gòu)進行冷卻，從而增加噴注機構(gòu)的使用壽 命。解決了由于無法對Shchelkin螺旋進行冷卻，在使用一段時間后Shchelkin螺旋因燒 蝕變形而失效的難題。
圖1 本實用新型的具有次推進劑分布式噴注機構(gòu)的爆震室的結(jié)構(gòu)圖圖2 本實用新型A部分的局部放大圖圖3 本實用新型的分布式噴注機構(gòu)中噴注桿2的結(jié)構(gòu)圖 圖4 本實用新型的分布式噴注機構(gòu)中螺旋5的結(jié)構(gòu)圖圖5 本實用新型的具有次推進劑分布式噴注機構(gòu)的爆震室的實施例結(jié)構(gòu)圖1.次推進劑容腔，2.噴注桿，3.螺旋槽，4.螺旋槽內(nèi)與容腔相通的次推進劑噴注 孔，5.螺旋，6.螺旋上的次推進劑噴注孔，7.爆震室
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本實用新型作進一步描述實施例1如圖4所示爆震室為圓筒狀，一端為主推進劑噴注面板，另一端為敞口 結(jié)構(gòu)；爆震室的長度為1800mm，直徑為60mm。分布式噴注機構(gòu)的噴注桿2 —端穿過并固定 于噴注面板中心，螺旋5穿過噴注面板；分布式噴注機構(gòu)沿爆震室中心軸延伸至爆震室出 口，長度為1800mm。分布式噴注機構(gòu)的噴注桿2的外徑與爆震室內(nèi)徑之比等于1/3，噴注桿 2上的螺旋槽3的螺距與爆震室直徑相等。本實施例的分布式噴注機構(gòu)包括噴注桿2、螺旋槽3、噴注孔4、螺旋5和次噴注孔 6 ；噴注桿2的內(nèi)部為形成容腔的通孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)孔直徑為10mm，噴注桿的外表面設(shè)有等螺距 的半圓形螺旋槽3為26個，螺旋槽3的半徑為4mm，沿著螺旋槽底部，設(shè)有與容腔相通的噴 注孔4，噴注孔4的直徑為0. 4mm ；在噴注桿2的外圈，嵌入螺旋槽中纏繞有圓形繞絲螺旋5， 螺旋5上設(shè)有若干個次噴注孔6，次噴注孔6的直徑為0. 4mm ；所述的螺旋5自噴注桿2固 定端以繞絲的一半突出螺旋槽3的方式纏繞，長度為螺旋5螺距的8倍；其余部份繞絲為半 圓形，且與半圓形螺旋槽3外沿平齊；所述噴注孔4或次噴注孔6的兩孔中心間距大于孔徑 的二倍；所述的噴注孔4與次噴注孔6數(shù)量相等。脈沖爆震發(fā)動機爆震室的左端面為主推進劑噴注面板，右端為爆震室出口。當爆 震室內(nèi)壓力低于主推進劑噴注壓力時，主推進劑由主推進劑噴主面板軸向噴注。次推進劑 噴注機構(gòu)固定在主推進劑噴注面板的中心，沿爆震發(fā)動機爆震室中心軸延伸至爆震室出 口。次推進劑容腔1與次推進劑供給系統(tǒng)相通。當主推進劑和高溫廢氣的界面?zhèn)鞑サ矫}沖 爆震發(fā)動機爆震室出口時，螺旋驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動螺旋5沿螺旋槽3向前移動，使得螺旋槽內(nèi)所 有的次推進劑噴注孔與螺旋上所有的次推進劑噴注孔完全重合，次推進劑噴入充滿主推進 劑的爆震室中，從而瞬間形成雙組元可爆混氣。次推進劑噴注完成后，螺旋驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動螺 旋5沿螺旋槽3向后移動，使螺旋槽內(nèi)的次推進劑噴注孔與螺旋上的次推進劑噴注孔再次 錯開。此時在靠近脈沖爆震發(fā)動機主推進劑噴注面板一端點火，突出螺旋槽3的螺旋5加 速燃燒由爆燃向爆震轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變完成后，為減小流動損失，螺旋5不再突出螺旋槽3，而是剛 好與螺旋槽外沿平齊，分解圖可更清楚地看到這種螺旋結(jié)構(gòu)，如圖3所示。根據(jù)實驗研究， 突出螺旋槽的螺旋部分長度為脈沖爆震發(fā)動機爆震室直徑的6 8倍。同時，次推進劑可 對噴注機構(gòu)進行冷卻，從而增加噴注機構(gòu)的使用壽命。
權(quán)利要求一種具有次推進劑分布式噴注機構(gòu)的爆震室，其特征在于包括次推進劑的分布式噴注機構(gòu)和爆震室；爆震室為圓筒狀，一端為主推進劑噴注面板，另一端為敞口結(jié)構(gòu)；分布式噴注機構(gòu)的噴注桿(2)一端穿過并固定于噴注面板中心，螺旋(5)穿過并固定于噴注面板；分布式噴注機構(gòu)沿爆震室中心軸延伸至爆震室出口，長度與脈沖爆震發(fā)動機爆震室長度相等，分布式噴注機構(gòu)的噴注桿(2)的外徑與爆震室內(nèi)徑之比不大于2/3，噴注桿(2)上的螺旋槽(3)的螺距與爆震室直徑相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有次推進劑分布式噴注機構(gòu)的爆震室，其特征在于所述 的分布式噴注機構(gòu)包括噴注桿(2)、螺旋槽(3)、噴注孔(4)、螺旋(5)和次噴注孔(6)；噴注 桿(2)的內(nèi)部為形成容腔的通孔結(jié)構(gòu)，噴注桿的外表面設(shè)有等螺距的半圓形螺旋槽(3)，沿 著螺旋槽底部，設(shè)有與容腔相通的噴注孔(4)；在噴注桿(2)的外圈，嵌入螺旋槽中纏繞有 螺旋(5)，螺旋(5)上設(shè)有若干個次噴注孔(6)；所述的螺旋(5)為圓形繞絲，自噴注桿(2) 固定端以繞絲的一半突出螺旋槽(3)的方式纏繞，長度為6-8倍螺旋(5)螺距；其余部份繞 絲為半圓形，且與半圓形螺旋槽(3)外沿平齊；所述噴注孔(4)或次噴注孔(6)的直徑小于 0. 5mm，兩孔中心間距大于孔徑的二倍；所述的噴注孔(4)與次噴注孔(6)數(shù)量相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有次推進劑分布式噴注機構(gòu)的爆震室，其特征在于所述 螺 旋槽(3)的半圓形槽的半徑不大于噴注桿(2)半徑的1/2。
專利摘要本實用新型涉及一種具有次推進劑分布式噴注機構(gòu)的爆震室，其特征在于爆震室為圓筒狀，一端為主推進劑噴注面板，另一端為敞口結(jié)構(gòu)；分布式噴注機構(gòu)的噴注桿一端穿過并固定于噴注面板中心，螺旋穿過噴注面板；分布式噴注機構(gòu)沿爆震室中心軸延伸至爆震室出口，長度與脈沖爆震發(fā)動機爆震室長度相等，分布式噴注機構(gòu)的噴注桿的外徑與爆震室內(nèi)徑之比不大于2/3，噴注桿2的螺旋槽3的螺距與爆震室直徑相等。本實用新型提出的爆震室，由于主推進劑軸向填充速度可以很快，而且次推進劑的分布式噴注能讓主、次充分混合，從而可提高脈沖爆震發(fā)動機的工作頻率。
文檔編號F02K9/60GK201588707SQ200920245770
公開日2010年9月22日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者嚴傳俊, 彭暢新, 王育虔, 范瑋, 謝開成 申請人:西北工業(yè)大學(xué)