无气门式互激谐振燃烧器的制作方法

1.本公开涉及燃烧技术领域。具体涉及无气门式互激谐振燃烧技术。


背景技术：

2.航空、航天通用型喷气式发动机的应用，脉冲涡轮轴发动机的应用，脉冲射吸波压式高超音速压气技术的应用，有助于国防力量的提升。


技术实现要素：

3.1.无气门式互激谐振燃烧器
4.基础型互激谐振燃烧，由a、b两个燃烧室交替脉冲燃烧，通过管路共用建立对位关联。通过共用管路传递彼此脉冲燃烧冲击波，依靠冲击波传播管路中多个压力传感器，感测脉冲燃烧冲击波的运动参数。经燃烧控制器，实现正时点火与燃料的正时注入。形成相互冲压、相互激励的谐振式变频燃烧与定频燃烧。见图1.
5.启动互激谐振燃烧前，向进气口吹入空气或氧气，对燃烧室a、燃烧室b，进行5秒钟吹扫。随后向燃烧室a喷注燃料液雾、爆燃小室喷注高活性燃料液雾，燃料喷注停止瞬间，爆燃小室点火、激发燃烧室a脉冲燃烧。燃烧控制器由吹扫起振程序转入正时控制程序。
6.爆燃小室内安装有电火花塞与燃料喷雾嘴，使用环氧乙烷与硝基甲混合型燃料，可以在贫氧环境中快速燃烧分解。电火花塞用于执行正时点火。通过小量级小室爆燃激发中等活性烷基燃料液雾的快速燃烧，使主燃烧的燃料成本得到控制。
7.燃烧室a脉冲燃烧冲击波能量的50％左右经排气口输出，35％的冲击波沿共用管路向燃烧室b运动。15％的冲击波能量转化为冲压室静压能，待冲击波峰过后，冲压室反喷，对燃烧室a进行强制吹扫。燃烧室a在惯性扫气、强制吹扫、增压进气的三重作用下，扫气速度、进气速度与扫净率皆提升。
8.沿共用管路向燃烧室b运动的冲击波，将燃烧室b的出气口覆盖后，冲向燃烧室b。燃烧室b处于已扫气、已进气状态，经主燃料液雾的正时注入、爆燃小室燃料的正时注入、冲击波波压、爆燃小室激发的正时点火，产生脉冲燃烧。
9.燃烧室b脉冲燃烧冲击波能量的50％左右经排气口输出，35％的冲击波沿共用管路向燃烧室a运动。15％的冲击波能量转化为冲压室静压能，待冲击波峰过后，冲压室反喷，对燃烧室b进行强制吹扫。燃烧室b在惯性扫气，强制吹扫、增压进气三重作用下，扫气速度、进气速度、扫净率皆提升。
10.沿共用管路向燃烧室a运动的冲击波，将燃烧室a的出气口覆盖后，冲向燃烧室a。燃烧室a处于已扫气、已进气状态，经主燃料液雾的正时注入、爆燃小室燃料的正时注入、冲击波波压、爆燃小室激发的正时点火，燃烧室a产生脉冲燃烧。
11.燃烧室a脉冲燃烧冲击波能量的50％左右经排气口输出，35％的冲击波沿共用管路向燃烧室b运动
……
依此循环，形成相互冲压、相互激励的谐振式燃烧。增加燃料注入量，脉冲燃烧冲击波强度增加、冲击波传播速度增快，燃烧频率随之提高。怠速运转与恒定工
况，处于频率波动较小的定频燃烧状态。
12.采用无气门式配气，摆脱机械运动束缚，为燃烧频率的提高拓展空间。
13.脉冲燃烧冲击波经过冲压室时，部分脉冲能量转变为冲压室静压能。以冲压室静压能喷射式的定向释放以及增压的进气流为主要驱动力，以排气系统的惯性扫气为辅助动力，通过进气口两侧的溢波管，将过冲的脉冲能量输出，削弱进气口的压力波动，通过进气歧管转移脉冲波动。溢波管输出的脉冲能量驱动增压器，通过增压器、溢出能量返回进气口。由冲压室、溢波管、连接进气增压器输出口的进气管、康达效应管，构成无气门配气的核心，简称抑反涌进气管。见图2.
14.互激谐振燃烧的控制，视同于往复活塞式两冲程发动机。将共用管路视为气缸，将脉冲燃烧冲击波视为活塞，通过管路内的多个压力传感器，感测脉冲燃烧冲击波的强度、速度、波峰位置、传播方向。依靠感测数据，确定点火正时点与燃料注入正时点。通过氧传感温度传感等数据，自动优化燃烧，控制电路内配置燃烧起振模块。
15.强化型互激谐振燃烧器使用两个圆环形主燃烧室，两个圆环形主燃烧室可以组成轴向、径向、斜向等多种形式的对位。轴向对位的两个圆环形燃烧室，工作参数相同、结构对称，成为首选。见图3.
16.两个对位的圆环形主燃烧室由多路抑反涌进气管、多路排气管联通，主燃烧室配置有多个爆燃小室，用于提高正时点火能量，激发中等活性燃料液雾的快速燃烧，并使燃烧裕度提升。
17.大气层内，采用过度扫气式内表面冷却与外散热片的气流冷却。进气充足工况，使用高耗氧混合型烷基燃料，空气稀薄时，补充硝基燃料，相应降低高耗氧燃料注入速率。
18.大气层外，采用氧化剂蒸发式冷却，蒸发后的氧化剂蒸汽导入进气系统。过氧化氢催化分解生成的氧气与水蒸气，理化性质相对温和，可用于系统冷却与助燃。
19.大气层外使用低耗氧或中等耗氧燃料，主要由环氧乙烷、硝基甲烷、乙醚、乙醇等组成混合燃料。
20.2.脉冲射吸波压式增压器
21.将脉冲波的波压作用、脉冲射流对射流通道内占位气体的冲压作用、射流的文丘里效应，相结合。利用互激谐振燃烧输出的脉冲燃烧冲击波与扫气脉冲波，构建脉冲射吸波压式增压器。见图4。
22.互激谐振燃烧输出的脉冲燃烧冲击波与扫气脉冲波，经多个流线形喷嘴喷射，形成作用范围覆盖进气口的脉冲射流群，射流吸带冲压进气口的空气，进入射流通道。
23.脉冲能量释放完毕后，脉冲射流消失，空气惯性进入射流通道、形成占位。下一波次的脉冲射流到达后，对占位空气构成波压与冲压。
24.脉冲射吸波压式压气，输出含一定比例燃烧废气的脉冲混合气，脉冲混合气经缓冲室扩压，形成稳压混合气。大气层外，脉冲射流吸带氧化剂液雾或氧化剂蒸汽，由燃烧废气与氧化剂的掺混替代空气，实现航空与航天的通用化。
25.高频、高超音速脉冲射流，对射流通道内的占位气体构成高波压与高冲压，等效于高增压比、高超音速压气机。
26.提高射流的脉冲频率，脉冲射流与射流通道内占位气体的能量交换频率提高，压气效率相应提高。
附图说明
27.图1为基础型无气门式互激谐振燃烧器。图中1.燃烧室a 图中2.抑反涌进气管 3.燃烧室b 图中4.烷基燃料喷嘴 5.硝基燃料喷嘴 6.爆燃小室 7.排气管。
28.图2.为抑反涌进气管。图中；1.冲压室 2.溢波口 3.进气口 4.进气歧管 5.康达效应管。
29.图3.为强化型无气门式互激谐振燃烧器。图中1.圆环形燃烧室a 图中2.圆环形燃烧室b 图中3.排气管 4.抑反涌进气管 5.爆燃小室。6.压力传感器
30.图4.为脉冲射吸波压式增压器。图中；1.流线型形喷嘴 2.主干管 3.空气进流管。4.脉冲气流输入管。
31.图5.为无气门式互激谐振燃烧、脉冲喷气发动机。图中；1.脉冲射吸波压式增压器 2.无气门式互激谐振燃烧器 3.喷管。
32.图6.为无气门式互激谐振燃烧、脉冲涡轮轴发动机。图中；1.动力涡轮。2.无气门式互激谐振燃烧器。3.脉冲射吸波压式增压器。
33.具体实施方法
34.1.无气门式互激谐振燃烧、脉冲喷气发动机；无气门式互激谐振燃烧生成的脉冲燃烧冲击波与扫气脉冲波，导入喷管，产生脉冲推力。由进气口的脉冲射吸波压式增压器、无气门式互激谐振燃烧器、喷管，构成航空航天通用型脉冲喷气式发动机的主体。见图5.
35.2.无气门式互激谐振燃烧、脉冲涡轮轴发动机；脉冲能流驱动涡轮具有高效性，脉冲涡轮轴发动机具有紧凑性，互激谐振燃烧具有航空航天的通用性。利用无气门式互激谐振燃烧输出的脉冲燃烧气流与过度扫气脉冲冷气流，驱动涡轮，构成脉冲冷却、脉冲涡轮轴发动机。见图6.
36.脉冲涡轮轴发动机可以形成系列，包括脉冲涡桨发动机、脉冲涡扇发动机、脉冲涡轴车用发动机、脉冲涡轴船用发动机、脉冲涡轴发电机、脉冲涡轴压气机、脉冲涡轴泵等。
37.大多数脉冲涡轮轴发动机不需要具备航空航天的通用性，大气层外使用的大功率发电机、大功率泵，可以使用无气门式互激谐振燃烧脉冲涡轮轴发动机作为动力。

技术特征：
1.无气门式互激谐振燃烧器。2.脉冲射吸波压式增压器。3.无气门式互激谐振燃烧脉冲喷气发动机。4.无气门式互激谐振燃烧脉冲涡轮轴发动机。

技术总结
本申请公开一种无气门式互激谐振燃烧器，适用于航空航天通用型脉冲喷气式发动机、脉冲涡轮轴发动机。互激谐振燃烧视同于两冲程往复活塞发动机，以脉冲燃烧冲击波为活塞，气波活塞的运动均速每秒3000米，是常规往复活塞发动机活塞运动速度的300倍。两个对位燃烧室交替脉冲燃烧，通过共用管路传递彼此的脉冲燃烧冲击波，依靠多个压力传感器感测脉冲燃烧冲击波的数据，依靠传感数据控制正时点火与燃料液雾的正时注入。形成相互冲压、相互激励的谐振式变频燃烧与定频燃烧。通过无气门式配气、脉冲射吸波压式增压进气、冲压室反喷式强制扫气，使燃烧室每升功率高于400千瓦。由氧化剂液雾与燃烧废气掺混，替代空气，实现航空与航天的通用化。通用化。通用化。


技术研发人员：赵渺 赵书柱
受保护的技术使用者：北京啮研科技有限公司
技术研发日：2022.06.13
技术公布日：2023/9/11