專利名稱：燃燒追趕裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃燒追趕裝置。它可以做為脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火裝置或者需要
高頻、高能點(diǎn)火的地方，應(yīng)用于電力、動(dòng)力或航空航天等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本發(fā)明源于對(duì)脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火類似需求的創(chuàng)造。 —般認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展大致經(jīng)歷了兩個(gè)大的歷史階段，第一階段就是在1950年以 前，主要是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的使用。第二階段在二次世界大戰(zhàn)以后，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)迅猛發(fā)展，一直 占據(jù)著霸主地位，它有很多的變種，如渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)等，但其核心技 術(shù)都是壓氣機(jī)_渦輪組合，即燃?xì)廨啓C(jī)。 很早就有人提出，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)了巔峰期以后有沒(méi)有后續(xù)機(jī)種。為什么會(huì)提出這 個(gè)問(wèn)題呢？因?yàn)槿祟愃l(fā)明的熱機(jī)到目前為止，絕大多數(shù)都是依靠壓力膨脹過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)熱 功轉(zhuǎn)換的，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)都是如此。而要提高渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能主要有兩條途 徑，一個(gè)是提高壓比，另一個(gè)是提高渦輪前溫度，這是它的工作原理決定的。但提高壓比、提 高渦輪前溫度是有一定限制的，設(shè)想壓比達(dá)到40左右，壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)很大；同時(shí)壓比提 高，葉片的強(qiáng)度也成問(wèn)題。所以無(wú)論從壓比還是從溫度來(lái)說(shuō)，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)基本上快要接近其 性能極限了。對(duì)此，目前也出現(xiàn)了很多新的機(jī)種，如脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等，這是主 要的幾個(gè)研究方向，也是試圖找到大幅提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的技術(shù)嘗試。但這些發(fā)動(dòng)機(jī)還 處于摸索階段。 脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)是近年來(lái)被重點(diǎn)關(guān)注的未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)形式。它具有熱效率高、工作 范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、比沖高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛用于軍事或者民用領(lǐng)域，有著美好的 應(yīng)用前景。但它還非常不成熟，技術(shù)上面臨著許多的挑戰(zhàn)，目前幾乎所有的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì)都存在噪聲巨大，工作頻率就明顯跟不上去的困難。工作頻率就是指爆震燃燒頻率，要 100赫茲左右才能夠產(chǎn)生足夠的比沖，如果到不了這個(gè)頻率，比沖不夠，與渦輪機(jī)相比就沒(méi) 有競(jìng)爭(zhēng)力。設(shè)想在一個(gè)空腔里面，排氣、進(jìn)氣一秒鐘來(lái)回一百多次，而且還沒(méi)有一個(gè)活塞把 氣體推出去，只靠膨脹過(guò)程來(lái)填充、爆炸，再填充、再爆炸，這本身是非常困難的。另外，因?yàn)?爆震波的產(chǎn)生和觸發(fā)需要高溫、高壓的觸發(fā)環(huán)境，有很多的研究和設(shè)計(jì)都是針對(duì)于此的，比 如激波聚焦方法、射流引射起爆方法、階梯引爆方法、加長(zhǎng)爆震管長(zhǎng)度方法、障礙彈簧加速 引爆方法等等，如何有效突破DDT過(guò)程(爆燃到爆轟轉(zhuǎn)換(Deflagration to Detonation Transition))的瓶頸是個(gè)目前還沒(méi)有很好解決的問(wèn)題。對(duì)我們而言，如何幫助解決脈沖爆 震發(fā)動(dòng)機(jī)高頻觸發(fā)、點(diǎn)火及加速DDT過(guò)程，以比較小的點(diǎn)火能量在預(yù)混燃料的高速流動(dòng)中 產(chǎn)生頻率可調(diào)的爆震波是非常有意義的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的不足，提供一種燃燒追趕裝置。本發(fā)明結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單功能強(qiáng)大，可以適應(yīng)高頻、高能點(diǎn)火的要求，克服了連續(xù)點(diǎn)火和DDT過(guò)程的困難。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是
本發(fā)明的燃燒追趕裝置，具有管道體。 管道體作為燃燒追趕裝置的核心部件，為其它各部件的載體，它可以是一體化制 造的，也可以是拼接或者是片狀結(jié)構(gòu)疊合而成的。 管道體是環(huán)形、多邊形或者各種復(fù)雜構(gòu)形(包括三維構(gòu)形)的閉合管道；
本發(fā)明的燃燒追趕裝置，具有單向預(yù)混燃料入口 。 單向預(yù)混燃料入口提供了單向穩(wěn)定的預(yù)混燃料來(lái)源，保障工作介質(zhì)的存在，同時(shí) 預(yù)混燃料是預(yù)加壓的，預(yù)混燃料可以是氣體或者氣霧或者氣粉形態(tài)，其化學(xué)成分配比能夠 滿足產(chǎn)生爆轟或者爆燃燃燒。 本發(fā)明的燃燒追趕裝置，具有單向空氣(或不能獨(dú)自燃燒的氣體)入口。 單向空氣(或不能獨(dú)自燃燒的氣體)入口提供了單向的用以防止預(yù)混燃料因管內(nèi)
余溫過(guò)高而燃燒造成的過(guò)熱、早燃、早爆現(xiàn)象的不能獨(dú)立燃燒氣體的來(lái)源，如空氣、氮?dú)獾龋?br> 同時(shí)輸入的氣體是預(yù)加壓的，如果不存在過(guò)熱、早燃、早爆等條件下，單向空氣入口可以不
參與功能或者被封閉或者不予布置。 本發(fā)明的燃燒追趕裝置，具有燃燒管。 燃燒管為管道體的內(nèi)部空腔，為環(huán)形、多邊形或者各種復(fù)雜構(gòu)形(包括三維構(gòu)形) 的閉合管道，內(nèi)設(shè)障礙體將燃燒管不完全均勻分割，壁面上按需要設(shè)置有周向火焰出口和 側(cè)向火焰出口，同時(shí)設(shè)置一個(gè)以上的點(diǎn)火器件來(lái)啟動(dòng)和協(xié)調(diào)燃燒管內(nèi)的預(yù)混燃料燃燒。
本發(fā)明的燃燒追趕裝置，具有點(diǎn)火器件或者點(diǎn)火方式。 點(diǎn)火器件或者點(diǎn)火方式是包括激光點(diǎn)火、火花點(diǎn)火、聲波點(diǎn)火、激波點(diǎn)火、電火花 點(diǎn)火等可以在燃燒管產(chǎn)生燃燒的設(shè)置。點(diǎn)火器件在本發(fā)明中的主要作用是啟動(dòng)和協(xié)調(diào)燃 燒，不需要頻繁的點(diǎn)火，如在一次正常的運(yùn)行過(guò)程中，通常只需要一次點(diǎn)火。其數(shù)量可以是 一組或以上，當(dāng)點(diǎn)火器件數(shù)量為多組時(shí)，點(diǎn)火可以是同步的或者是異步的，火焰面的追趕也 能是同步的或者是異步的，可以有附加的裝置來(lái)協(xié)調(diào)；
本發(fā)明的燃燒追趕裝置，具有障礙體。 障礙體可以固定在燃燒管壁面上或者以軸為中心在燃燒管內(nèi)部壓力作用下做鐘 擺運(yùn)動(dòng)，障礙體形狀、大小及運(yùn)動(dòng)軌跡可以有效保障燃燒波或者爆震波在前后相鄰割區(qū)之 間的傳遞。障礙體的設(shè)計(jì)因盡量減少總壓動(dòng)力的損失，可以將迎波面設(shè)計(jì)得比較平滑，繞射 面設(shè)計(jì)得比較陡峭，如橢圓內(nèi)凹的聚波結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的燃燒追趕裝置，具有周向火焰出口和側(cè)向火焰出口 。 周向火焰出口和側(cè)向火焰出口用以輸出火焰及排出已燃?xì)怏w，兩者不必同時(shí)出現(xiàn) 或者使用，其位置和數(shù)量對(duì)每割區(qū)可以有所不同。 本發(fā)明的燃燒追趕裝置，單向混燃料入口 、單向空氣入口 、周向火焰出口和側(cè)向火 焰出口、障礙體對(duì)應(yīng)布置，數(shù)量不少于2組，其位置可以是均勻分布或者非均勻分布的。
根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案 —種燃燒追趕裝置，包括一個(gè)閉合的管道體和點(diǎn)火器件及障礙體。管道體壁面上 有單向預(yù)混燃料入口和單向空氣(或不能獨(dú)自燃燒的氣體)入口 ；管道體壁面上有周向火 焰出口和/或側(cè)向火焰出口 ；管道體內(nèi)部為一個(gè)燃燒管，燃燒管內(nèi)設(shè)有若干障礙體將燃燒 管分割成若干割區(qū)，燃燒管內(nèi)裝有點(diǎn)火器件。
上述管道體可以平面構(gòu)形或三維構(gòu)形。是環(huán)形、或多邊形、或8字形、或螺旋形、或者各種復(fù)雜構(gòu)形的閉合管道。 上述單向預(yù)混燃料入口 、單向空氣入口 、周向火焰出口和側(cè)向火焰出口 、障礙體對(duì)應(yīng)布置，數(shù)量不少于2組，其位置可以是均勻分布或者非均勻分布的。 上述單向預(yù)混燃料入口和單向空氣入口將燃料或氣體單向注入燃燒管，不允許流體的逆向供給。在特定情況，如不存在過(guò)熱、早燃、早爆等條件下，單向空氣入口可以不參與功能或者被封閉或者不予布置。 上述周向火焰出口和側(cè)向火焰出口用以輸出火焰及排出已燃?xì)怏w，不必同時(shí)出現(xiàn)和使用，其位置和數(shù)量對(duì)每割區(qū)可以有所不同。 上述障礙體可以固定在燃燒管壁面上，或者通過(guò)軸銷與燃燒管壁鉸鏈，以軸銷為中心在燃燒管內(nèi)部壓力作用下或者附加的主動(dòng)控制下做鐘擺運(yùn)動(dòng)。障礙體其形狀、大小及/或運(yùn)動(dòng)軌跡可以有效保障燃燒波在前后相鄰割區(qū)之間的傳遞。 上述點(diǎn)火器件為激光點(diǎn)火器、或聲波點(diǎn)火器、或激波點(diǎn)火器、或電火花點(diǎn)火器、或
射流點(diǎn)火器，設(shè)置在能在燃燒管產(chǎn)生燃燒之處，其數(shù)量可以是一組或以上。 上述點(diǎn)火器件在數(shù)量為多組時(shí)，點(diǎn)火可以是同步的或者是異步的，火焰面的追趕
也能是同步的或者是異步的，可以有附加的裝置來(lái)協(xié)調(diào)。 上述預(yù)混燃料，其化學(xué)成分配比為能夠滿足產(chǎn)生爆轟或者爆燃燃燒的氣體、或氣霧、或氣粉形態(tài)燃料。 上述預(yù)混燃料在單向預(yù)混燃料入口和單向空氣入口處應(yīng)有預(yù)加壓力以保證燃料或者不能獨(dú)立燃燒氣體的供給。 上述預(yù)單向空氣入口 (如果存在)處應(yīng)有預(yù)加壓力以保證不能獨(dú)立燃燒氣體的供給。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的燃燒追趕裝置，是一種利用預(yù)混燃料的爆轟或者爆燃燃燒過(guò)程進(jìn)行連續(xù)點(diǎn)火的重要構(gòu)件，預(yù)混燃料燃燒的連續(xù)接力是爆轟波或者爆燃波在燃燒管內(nèi)通過(guò)障礙體邊緣實(shí)現(xiàn)繞射和壁面反射得以實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)預(yù)混燃料處在爆轟燃燒工作狀態(tài)下，可以獲得燃燒效率的極大化。 本發(fā)明有效的減小了排氣時(shí)間，即排氣過(guò)程和充氣過(guò)程大部重疊，改善了燃燒的頻率對(duì)單純依賴靠膨脹過(guò)程排氣的狀況。 本發(fā)明使得爆轟波的波面在燃燒管得以維持，能夠有效避免頻繁的爆燃到爆轟轉(zhuǎn)
換(Deflagration to Detonation Transition (DDT))過(guò)程，從而減少了爆震觸發(fā)過(guò)程對(duì)燃
燒管長(zhǎng)度尺度和頻繁點(diǎn)火的要求，為爆轟燃燒動(dòng)力小型化提供可行方法。 本發(fā)明的點(diǎn)火裝置幾乎不受幾何因素的限制，可以通過(guò)非常靈活的布置火焰輸出
口來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的點(diǎn)火要求，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中具有不可比擬的優(yōu)越性。 本發(fā)明不需要頻繁的點(diǎn)火而使得連續(xù)點(diǎn)火得以實(shí)現(xiàn)，減小了對(duì)點(diǎn)火器件的倚賴，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單功能強(qiáng)大，可以適應(yīng)高頻、高能點(diǎn)火的要求，克服了連續(xù)點(diǎn)火和爆燃到爆轟轉(zhuǎn)換的困難。 本發(fā)明可以做為脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火及需要高頻高能點(diǎn)火的裝置，應(yīng)用于電力、動(dòng)力或航空航天等領(lǐng)域。


圖1燃燒追趕裝置結(jié)構(gòu)圖。 圖2燃燒追趕裝置局部割區(qū)結(jié)構(gòu)圖(其中圖(a)障礙體固定式，圖(b)障礙體活 動(dòng)式)。 圖3燃燒追趕裝置管道構(gòu)形二維和三維示意圖(其中圖(a) 、 (b) 、 (c)為二維構(gòu) 形，圖(d)、 (e)為三維構(gòu)形)。 圖4燃燒追趕裝置的追趕模式示意圖(其中圖(a)單追趕模式，圖(b)多追趕模 式)。 圖5燃燒追趕裝置的多追趕模式示意圖(其中圖(a)同步追趕模式，圖(b)異步 追趕模式)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下參見(jiàn)圖1和圖2，本燃燒追趕裝置為一閉 合管道，包括主體部分的管道體(1)和點(diǎn)火器件(2)及障礙體(3)，管道體(1)壁面上有單 向預(yù)混燃料入口 (5)，單向空氣(或不能獨(dú)自燃燒的氣體)入口 (6)，周向火焰出口 (7)，側(cè) 向火焰出口 (8)滑道體(1)內(nèi)部為一個(gè)燃燒管(9);燃燒管(9)內(nèi)設(shè)有若干障礙體(3)將 燃燒管(9)分割成若干割區(qū)；燃燒管(9)內(nèi)裝有點(diǎn)火器件(2)。點(diǎn)火器件或(2)點(diǎn)燃燃燒 管(9)內(nèi)的由單向預(yù)混燃料入口 (5)注入的預(yù)混燃料。燃燒火焰和燃燒波通過(guò)兩種途徑傳 播，一種是向周向火焰出口 (7)、側(cè)向火焰出口 (8)運(yùn)動(dòng)；另一種是在障礙體(3)邊緣發(fā)生 繞射和壁面反射將燃燒火焰和燃燒波引向下一個(gè)燃燒管(9)內(nèi)由障礙體(3)分割的未燃區(qū) 域?；鹧婧秃鸵讶?xì)怏w最終由周向火焰出口 (7)、側(cè)向火焰出口 (8)高速噴出，以點(diǎn)燃外接 的燃燒管路，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火功能；燃燒火焰和燃燒波在繞射障礙體(3)邊緣的繞射和反射使得 燃燒得以維持，使得火焰追趕的功能得以完成。 實(shí)施例二 參見(jiàn)圖1、圖2和圖3，本實(shí)施例與實(shí)施例一原理相同，特別之處是管 道體(1)可以有各種不同的構(gòu)形，包括二維的結(jié)構(gòu)和三維的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何的點(diǎn) 火需求。 實(shí)施例三參見(jiàn)圖1、圖2和圖4，本實(shí)施例與實(shí)施例一相同，特別之處是管道中 的點(diǎn)火器件可以是多組的點(diǎn)火方式，取決于實(shí)際的需求。 實(shí)施例四參見(jiàn)圖1、圖2、圖4和圖5，本實(shí)施例與實(shí)施例一相同，特別之處是管 道中的點(diǎn)火器件可以是多組的點(diǎn)火可以是同步點(diǎn)火或者異步點(diǎn)火，火焰面的追逐也可以是 同步或者異步的，取決于實(shí)際的需求。
權(quán)利要求
一種燃燒追趕裝置，包括一個(gè)閉合的管道體(1)、點(diǎn)火器件(2)及障礙體(3)，其特征在于1)所述管道體(1)壁面上有單向預(yù)混燃料入口(5)；2)所述管道體(1)壁面上有單向空氣或不能獨(dú)自燃燒氣體的入口(6)；3)所述管道體(1)壁面上有周向火焰出口(7)和/或壁面上有側(cè)向火焰出口(8)；4)所述管道體(1)內(nèi)膛構(gòu)成一個(gè)燃燒管(9)；5)所述燃燒管(9)內(nèi)設(shè)有若干障礙體(3)，將燃燒管(9)分割成若干割區(qū)；燃燒管(9)內(nèi)裝有點(diǎn)火器件(2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃燒追趕裝置，其特征在于所述管道體(1)為平面構(gòu)形或三 維構(gòu)形的閉合管道。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒追趕裝置，其特征在于所述平面構(gòu)形閉合管道為圓形或 多邊形或其它二維構(gòu)形閉合管道，所述三維構(gòu)形閉合管道為8字形或螺旋形或者其它空間 構(gòu)形的閉合管道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃燒追趕裝置，其特征在于單向預(yù)混燃料入口 (5)、單向空氣 入口 (6)、周向火焰出口 (7)和/或側(cè)向火焰出口 (8)、障礙體(3)按照實(shí)際需求布置，數(shù)量 不少于2組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒追趕裝置，其特征在于在不存在過(guò)熱、早燃、早爆等條件 下，所述單向空氣入口 (6)不參與功能、或者被封閉、或者不予布置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃燒追趕裝置，其特征在于所述障礙體(3)固定在燃燒管 (9)壁面上或者通過(guò)軸銷(4)與燃燒管(9)壁鉸鏈，則以軸銷為中心在燃燒管(9)內(nèi)部壓力 作用下或者附加的主動(dòng)控制下做鐘擺運(yùn)動(dòng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒追趕裝置，其特征在于所述障礙體(3)其形狀、大小及運(yùn) 動(dòng)軌跡能有效保障燃燒波在前后相鄰割區(qū)之間的傳遞。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃燒追趕裝置，其特征在于所述點(diǎn)火器件(2)為激光點(diǎn)火器、 或聲波點(diǎn)火器、或激波點(diǎn)火器、或電火花點(diǎn)火器、或射流點(diǎn)火器，設(shè)置在需要燃燒管(9)產(chǎn) 生燃燒之處，其數(shù)量是一組或以上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒追趕裝置，其特征在于所述點(diǎn)火器件(2)在數(shù)量為多組 時(shí)，點(diǎn)火是同步的或者是異步的，火焰面的追趕也是同步的或者是異步的，或者有附加的裝 置來(lái)協(xié)調(diào)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒追趕裝置，其特征在于所述預(yù)混燃料，其化學(xué)成分配比 為能夠滿足產(chǎn)生爆轟或者爆燃燃燒的氣體、或氣霧、或氣粉形態(tài)燃料；預(yù)混燃料在預(yù)混燃料 入口 (5)處應(yīng)有預(yù)加壓力以保證燃料的供給。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃燒追趕裝置。它包括一個(gè)閉合的管道體、障礙體及點(diǎn)火器件，管道體內(nèi)部的障礙體將其分割成若干割區(qū)，管道體壁面接入單向進(jìn)氣管道，預(yù)混燃料由各單向進(jìn)氣管道噴入管道體各割區(qū)，管道體內(nèi)不同位置布置有一組或多組點(diǎn)火器件，點(diǎn)火器件用以點(diǎn)燃預(yù)混燃料燃燒，多組點(diǎn)火可以是同步或異步的，管道體各割區(qū)壁面布置有火焰出口，用以輸出火焰及排出已燃?xì)怏w，火焰出口可以輸出單組或者多組火焰。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單功能強(qiáng)大，可以適應(yīng)高頻、高能點(diǎn)火的要求，克服了連續(xù)點(diǎn)火和爆燃到爆轟轉(zhuǎn)換的困難，同時(shí)火焰出口的布置可以幾乎不受幾何因素的影響，其靈活性無(wú)可比擬。本發(fā)明可以做為脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火及需要高頻高能點(diǎn)火的裝置，應(yīng)用于電力、動(dòng)力或航空航天等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F02K9/95GK101776029SQ201010023099
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者王志亮 申請(qǐng)人:上海大學(xué)