一种脉冲射流谐振增强火焰加速与DDT的方法

一种脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的方法
技术领域
1.本发明属于发动机技术领域，具体是涉及到一种脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的方法及装置。


背景技术：

2.目前在国内外开展的光滑燃烧室火焰加速与ddt起爆研究，有采用固体障碍物来加速湍流生成与爆震转变的方式(如专利cn201910376650.9一种脉冲爆震发动机燃烧室及其起爆方法)。也有利用多股连续射流喷射，加强流场湍流混合促进起爆的方式(如专利cn201620725025.2一种基于射流的脉冲爆震发动机助爆装置)，前者添加固体障碍物会造成流场总压损失，对于整体发动机性能提升不利，后者虽然解决了流程总压损失的问题，但是由于需要高压气体在爆震管内形成极大的湍流才能大幅度地加速，快速形成爆震波，因此，射流所需的高压气体的压力要求大，其射流孔的数量要求多，导致燃烧室结构变得复杂，其配套设备的重量也会随之增加，不利于发动机的轻量化要求。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种在结构简化的前提下提高了火焰加速和加快ddt起爆效果的脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的方法及装置。
4.本发明提供一种脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的方法，包括如下步骤：
5.获取燃烧室的燃烧室本征频率；
6.根据燃烧室本征频率设定脉冲射流的射流频率，燃烧室本征频率与射流频率比值为1/1-3/2；
7.在燃烧室的入口段沿燃烧室的多个径向方向以射流频率喷注脉冲射流，多个脉冲射流以射流频率产生压力波，以射流频率产生的压力波与燃烧室形成谐振效应，压力波作用于火焰，加速火焰燃烧与ddt转变。
8.更进一步地，所述燃烧室本征频率与射流频率比值为5/4。
9.更进一步地，在燃烧室的入口段沿燃烧室的多个径向方向以射流频率喷注脉冲射流包括:
10.沿燃烧室的多个径向方向以射流频率喷注脉冲射流，多个径向以燃烧室轴线为中心等角度排列。
11.更进一步地，所述方法还包括：
12.监控燃烧室内燃烧段内轴向的压力，并根据检测到的轴向的压力进行分析，调节射流频率。
13.本发明还提供一种脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的装置，包括燃烧室，所述燃烧室沿轴向依次为入口段、射流段、点火段、燃烧段和出口段，所述射流段沿轴向环形阵列设置有多个射流喷注孔。
14.更进一步地，所述入口段端面设置有有打开和关闭入口的开关装置。
15.更进一步地，还包括沿燃烧段轴线等距布置的多个压力传感器。
16.更进一步地，所述燃烧室内壁为光滑的圆柱面。
17.更进一步地，所述射流喷注孔喷注的为空气。
18.本发明的有益效果是，本发明通过一定频率的脉冲射流产生以该频率发射的压力波，以该频率发射的压力波一部分沿燃烧室的轴线从入口段向出口段移动，由于该压力波以射频频率产生，该压力波与燃烧室形成谐振效应，进而增强了压力波，首先，增强的压力波与燃烧段内的火焰相互作用，强化了ddt的过程，增加火焰锋面的强度，且以频率发射产生的多道压力波会不断作用于火焰上，火焰锋面后方流场也得到了强化，进一步促进火焰面加速，其次，压力波在经过燃烧段后，会对燃烧室升温，增强燃烧。本发明使得火焰面加速传播距离显著增长，时间明显缩短，同时加速湍流燃烧向爆震的转变，对于真实条件下的爆震发动机的高频爆震起爆尤为重要。
19.再次，压力波作用于燃烧火焰时也会对燃烧火焰进行扰动，从另一方面加速了火焰燃烧。本发明相对于传统的射流喷注增加扰动加速火焰燃烧的方式而言，在保留扰动火焰的同时，利用谐振效应增强压力波的强度，极大的提高了火焰的湍流，使其加速效果更好，且所需的脉冲射流数量和流量要求更低，更利于满足发动机领域的轻量化要求。
附图说明
20.附图1为本发明中方法的流程示意图；
21.附图2为本发明中装置的结构示意图。
22.在图中，1-燃烧室；11-入口段；12-射流段；13-点火段；14-燃烧段；15-出口段；2-射流喷注孔；3-压力传感器。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
25.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
26.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
28.如附图1和附图2所示，本发明提供一种脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的方法，包括如下步骤：
29.获取燃烧室1的燃烧室本征频率，其中燃烧室本征频率可以是通过传感设备实时获取的，也可以是通过产品参数预先已知的；
30.根据燃烧室本征频率设定脉冲射流的射流频率，燃烧室本征频率与射流频率比值为1/1-3/2，用于使脉冲射流形成的压力波以火焰本证频率所接近的射流频率与燃烧火焰相互作用；
31.在燃烧室1的入口段11沿燃烧室1的多个径向方向以射流频率喷注脉冲射流，多个脉冲射流以射流频率产生压力波，以射流频率产生的压力波与燃烧室1形成谐振效应，压力波作用于火焰，加速火焰燃烧与ddt转变。
32.本发明通过一定频率的脉冲射流产生以该频率发射的压力波，以该频率发射的压力波一部分沿燃烧室的轴线从入口段11向出口段15移动，由于该压力波以射频频率产生，该压力波与燃烧室形成谐振效应，进而增强了压力波，首先，增强的压力波与燃烧段14内的火焰，强化了ddt的过程，增加火焰锋面的强度，且以频率发射产生的多道压力波会不断作用于火焰上，火焰锋面后方流场也得到了强化，进一步促进火焰面加速，其次，压力波在经过燃烧段14后，会对燃烧室升温，增强燃烧。本发明使得火焰面加速传播距离显著增长，时间明显缩短，同时加速湍流燃烧向爆震的转变，对于真实条件下的爆震发动机的高频爆震起爆尤为重要。
33.再次，压力波作用于燃烧火焰时也会对燃烧火焰进行扰动，从另一方面加速了火焰燃烧。本发明相对于传统的射流喷注增加扰动加速火焰燃烧的方式而言，在保留扰动火焰的同时，利用谐振效应增强压力波的强度，极大的提高了火焰的湍流，使其加速效果更好，且所需的脉冲射流数量和流量要求更低，更利于满足发动机领域的轻量化要求。
34.在其中一个实施例中，所述燃烧室本征频率与射流频率比值为5/4，通过仿真研究发现，以燃烧室本征频率的5/4t设定射流频率，能够获得更好的火焰加速与ddt转换效果。
35.在其中一个实施例中，在燃烧室1的入口段11沿燃烧室1的多个径向方向以射流频率喷注脉冲射流包括:
36.沿燃烧室1的多个径向方向以射流频率喷注脉冲射流，多个径向以燃烧室1轴线为中心等角度排列，在同一截面上通过多个脉冲射流进行工作，可以扩大初始压力波，同时多个脉冲射流沿燃烧室1的轴线为中心等角度排列可以提高压力波各个方向的均匀性，使燃烧火焰的各个方向均有可以有效进行加速。
37.在其中一个实施例中，所述方法还包括：
38.监控燃烧室1内燃烧段内轴向的压力，并根据检测到的轴向的压力进行分析，调节射流频率，压力检测测量燃烧室1壁面压力，可以检测火焰加速传播状态。以此可以实现闭环控制，通过检测燃烧火焰的情况，反馈数据给控制器，进而调整射流频率进一步提高加速效果。具体地，当射流频率越接近燃烧室1本征频率时，通过谐振产生的压力波幅值更大，有利于加速火焰传播状态。射流的调节频率主要是用来控制谐振的强度，同燃烧室1本征频率
越接近，可以理解为谐振效应越强，压力波幅值更大，更有利于火焰加速。因此，可以根据检测压力的变化实现闭环控制，即当检测到的压力幅值降低时，适当调高射流频率接近本征频率，检测到的压力幅值升高时，可以适当降低射流频率。直至检测的压力幅值达到设定区间。
39.本发明还提供一种脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的装置，包括燃烧室1，所述燃烧室1沿轴向依次为入口段11、射流段12、点火段13、燃烧段14和出口段15，所述射流段12沿轴向环形阵列设置有多个射流喷注孔2。
40.其中，射流喷注孔2用于喷射脉冲射流，沿轴向环形阵列的多个射流喷注孔2以特定频率喷射脉冲射流，即可以特定频率形成压力波，该压力波依次经过点火段13、燃烧段14和出口段15，在燃烧段14是与其燃烧火焰相互作用，并该特定频率与燃烧室本征频率形成谐振效应，扩大了压力波的强度，进一步加速火焰燃烧和ddt起爆。
41.在其中一个实施例中，所述入口段11端面设置有有打开和关闭入口的开关装置，本实施例中，入口段11的端面间歇性往燃烧室1内注入燃料，在开关装置呈关闭状态时，入口段11呈封闭状态，而压力谐振效应在封闭端能发挥最大效应，因此此时可以有效提高火焰加速效果，另外，入口段11的端面封闭也可以反射朝向入口段11移动的压力波，该压力波再次与燃烧火焰相互作用，进一步提高加速效果，本实施例中，射流喷注孔2优选靠近开关装置设置，最大限度利用开关装置关闭后的壁面反射压力波。
42.本脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的装置还包括沿燃烧段14轴线等距布置的多个压力传感器3，用于对燃烧段的燃烧火焰进行监控，检测火焰加速传播的状态。
43.所述燃烧室1内壁为光滑的圆柱面，便于压力波的传播，降低燃料、空气和压力波的传播损耗。
44.所述射流喷注孔2喷注的为空气，在形成压力波的同时也用于助燃作用，满足燃烧室1的燃烧条件。
45.本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：
1.一种脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的方法，其特征是，包括如下步骤：获取燃烧室的燃烧室本征频率；根据燃烧室本征频率设定脉冲射流的射流频率，燃烧室本征频率与射流频率比值为1/1-3/2；在燃烧室的入口段沿燃烧室的多个径向方向以射流频率喷注脉冲射流，多个脉冲射流以射流频率产生压力波，以射流频率产生的压力波与燃烧室形成谐振效应，压力波作用于火焰，加速火焰燃烧与ddt转变。2.如权利要求1所述的脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的方法，其特征是，所述燃烧室本征频率与射流频率比值为5/4。3.如权利要求1所述的脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的方法，其特征是，在燃烧室的入口段沿燃烧室的多个径向方向以射流频率喷注脉冲射流包括:沿燃烧室的多个径向方向以射流频率喷注脉冲射流，多个径向以燃烧室轴线为中心等角度排列。4.如权利要求1-3任一项所述的脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的方法，其特征是，所述方法还包括：监控燃烧室内燃烧段内轴向的压力，并根据检测到的轴向的压力进行分析，调节射流频率。5.一种脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的装置，其特征是，包括燃烧室，所述燃烧室沿轴向依次为入口段、射流段、点火段、燃烧段和出口段，所述射流段沿轴向环形阵列设置有多个射流喷注孔。6.如权利要求5所述的脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的装置，其特征是，所述入口段端面设置有有打开和关闭入口的开关装置。7.如权利要求5所述的脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的装置，其特征是，还包括沿燃烧段轴线等距布置的多个压力传感器。8.如权利要求5所述的脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的装置，其特征是，所述燃烧室内壁为光滑的圆柱面。9.如权利要求5所述的脉冲射流谐振增强火焰加速与ddt的装置，其特征是，所述射流喷注孔喷注的为空气。

技术总结
本发明属于发动机技术领域，具体是涉及到一种脉冲射流谐振增强火焰加速与DDT的方法及装置，包括如下步骤：获取燃烧室的燃烧室本征频率；根据燃烧室本征频率设定脉冲射流的射流频率，燃烧室本征频率与射流频率比值为1/1-3/2；在燃烧室的入口段沿燃烧室的多个径向方向以射流频率喷注脉冲射流，多个脉冲射流以射流频率产生压力波，以射流频率产生的压力波与燃烧室形成谐振效应，压力波作用于火焰，加速火焰燃烧与DDT转变，本发明相对于传统的射流喷注增加扰动加速火焰燃烧的方式而言，在结构简化同时，利用脉冲射流形成压力波，且通过谐振效应增大了压力波强度，大大的扩大了火焰的湍流，其加速效果更好。其加速效果更好。其加速效果更好。


技术研发人员：蔡晓东 彭亦派 郑鑫宇 何翰 梁剑寒
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/9/9