本發(fā)明涉及脈沖爆震發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種壓力驅(qū)動的自適應脈沖爆震發(fā)動機閥門系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

脈沖爆震發(fā)動機(Pulse Detonation Engine，簡稱PDE)是一種利用脈沖式爆震波產(chǎn)生的高溫、高壓燃氣所發(fā)出的沖量來產(chǎn)生推力的新概念發(fā)動機。脈沖爆震發(fā)動機間歇性的工作方式?jīng)Q定了工作頻率對其性能有著重要影響，而工作頻率的提高則依賴于高頻工作的閥門系統(tǒng)。

目前，PDE的主要供給方式包括電磁閥供給、旋轉(zhuǎn)閥供給和無閥自適應供給方式。其中無閥自適應供給方式對供給壓力要求極高，一般僅用于脈沖爆震火箭發(fā)動機(Pulse Detonation Rocket Engine，簡稱PDRE)。電磁閥是利用閥門中電磁力的相互作用控制閥門開合。其優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)小巧，但響應存在延遲，在工作頻率的提升方面存在瓶頸。而旋轉(zhuǎn)閥通常由電機驅(qū)動，依靠旋轉(zhuǎn)過程中內(nèi)部構(gòu)件周期性地開啟和關(guān)閉實現(xiàn)燃料和氧化劑的間歇式供給。旋轉(zhuǎn)閥可同時實現(xiàn)高頻和大流量供給，但其存在相位匹配困難、需附加驅(qū)動電機等缺點，難于應用，且不適合工況變化頻繁的工作狀態(tài)。同時，研究者曾利用普通脈動發(fā)動機上使用的簧片閥進行了大量試驗，但由于簧片閥依賴PDE頭部壓力作動，故其工作也存在延遲，而且簧片暴露于高溫燃氣使其容易損壞。因此，研制一款結(jié)構(gòu)簡單、不易損壞、響應速度高的閥門系統(tǒng)，對于吸氣式脈沖爆震發(fā)動機(Air-breathing Pulse Detonation Engine，簡稱APDE)的發(fā)展有著重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題

由于其間歇式工作的特點，脈沖爆震發(fā)動機對其進氣系統(tǒng)要求極高。對于APDE而言，進氣壓力低、面向航空領(lǐng)域應用和爆震波沖擊力強等特征決定了閥門必須滿足響應速度快、結(jié)構(gòu)簡單、不易損壞等特征。同時，由于脈沖爆震發(fā)動機在高頻及變頻工作狀態(tài)下相位匹配困難，故能夠自適應工作也是對脈沖爆震發(fā)動機閥門的重要要求。只有更加精心地設(shè)計APDE的閥門，才能同時滿足以上要求。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種壓力驅(qū)動的自適應脈沖爆震發(fā)動機閥門系統(tǒng)，包括引流管、氣動活塞、傳動組件、滑動閥門和彈性組件，其特征在于：引流管安裝于爆震管壁面，與爆震管管腔連通；氣動活塞以引流管為軌道進行滑動，并通過傳動組件與滑動閥門相連；傳動組件位于爆震管壁外側(cè)，沿爆震管軸向布置，連接引流管與氣動活塞，并可以在二者之間進行傳動；滑動閥門位于爆震管頭部，可沿爆震管徑向滑動，其上下分別通過連桿與傳動組件及彈性組件連接；彈性組件位于滑動閥門下方，一端固定，另一端與滑動閥門相連。

所述的一種壓力驅(qū)動的自適應脈沖爆震發(fā)動機閥門系統(tǒng)，其特征在于：當爆震管內(nèi)的爆震波傳播至引流管處，引流管入口壓力升高，高壓氣體進入引流管，推動氣動活塞，并經(jīng)由傳動組件帶動滑動閥門運動，對爆震管頭部進行密封，防止反傳波及高溫燃氣從頭部逸出；隨著排氣過程的進行，當引流管入口處壓力低于閾值，在彈性組件的作用下，滑動閥門向上打開，向爆震管中填充隔離氣體、燃料及氧化劑。

所述的一種壓力驅(qū)動的自適應脈沖爆震發(fā)動機閥門系統(tǒng)，其特征在于：所述引流管為一段彎折的細管，分為相互連接的兩段，一段與爆震管壁成一定角度，一段與爆震管軸向平行；引流管與爆震管連通，其平行段內(nèi)徑與氣動活塞直徑相同，長度大于氣動活塞直徑，可供氣動活塞在其中滑動；引流管安裝在爆震管DDT段后方，其安裝位置與爆震形成處的間距應小于爆震形成位置與滑動閥門間距；引流管的內(nèi)表面應有較高的光滑度以保證氣動活塞滑動的流暢性與引流管的氣密性。

所述的一種壓力驅(qū)動的自適應脈沖爆震發(fā)動機閥門系統(tǒng)，其特征在于：所述氣動活塞以引流管為滑軌，在其中進行短距滑動；其左側(cè)表面表面與傳動組件連接，右側(cè)表面通過引流管與爆震管內(nèi)工質(zhì)及尾氣接觸；氣動活塞應由耐沖擊、耐高溫的材料制成。

所述的一種壓力驅(qū)動的自適應脈沖爆震發(fā)動機閥門系統(tǒng)，其特征在于：所述傳動組件包括連接氣動活塞和滑動閥門的連桿及位于二者之間的液壓部分，可將氣動活塞的運動傳遞至滑動閥門并將其運動距離放大。

所述的一種壓力驅(qū)動的自適應脈沖爆震發(fā)動機閥門系統(tǒng)，其特征在于：所述滑動閥門由閥門擋板及其滑軌組成，滑動閥門長度應數(shù)倍于氧化劑與燃料入口的徑向尺寸；閥門擋板通過滑軌安裝在爆震管頭部，在氣動活塞和彈性組件的控制下沿滑軌上下滑動，其滑動可控制脈沖爆震發(fā)動機燃料與氧化劑的供給；閥門一般處于常開狀態(tài)。

所述的一種壓力驅(qū)動的自適應脈沖爆震發(fā)動機閥門系統(tǒng)，其特征在于：所述彈性組件由彈簧及用于定位的套筒組成，上端通過連桿與閥門擋板下端相連，下端固定；用于在爆震管壓力低于閾值時打開閥門進氣并將氣動活塞歸位。

有益效果

采用本發(fā)明提供的壓力驅(qū)動的自適應脈沖爆震發(fā)動機閥門系統(tǒng)，通過爆震管內(nèi)部壓力驅(qū)動閥門自適應工作，響應速度快，可以在高頻工況下精確實現(xiàn)相位匹配。同時，其結(jié)構(gòu)簡單，無需附加過多的機械裝置及動力源。相對于直接使用簧片閥等氣動機械閥門，本發(fā)明中彈性組件無需暴露在脈沖爆震發(fā)動機頭部的高溫高壓環(huán)境下，大大提高了其使用壽命。本裝置還可以通過改變引流管位置及長度以控制時序，從而使閥門在反傳波到達之前進行作動，最大限度避免頭部漏壓或漏氣，同時防止產(chǎn)生負推力。

附圖說明

圖1：本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖

其中，1-1為引流管，1-2為氣動活塞，1-3為傳動組件，1-4為滑動閥門，1-5為彈性組件。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實例和附圖對本發(fā)明作進一步描述

一種壓力驅(qū)動的自適應脈沖爆震發(fā)動機閥門系統(tǒng)，各部分組件按照附圖1中所示的結(jié)構(gòu)進行組裝，如附圖1所示方向，左側(cè)為爆震裝置頭部，右側(cè)為爆震裝置尾部，點火裝置安裝于頭部。

由于滑動閥門1-4為常開狀態(tài)，故在上一循環(huán)結(jié)束后，PDE可正常進氣，并噴注燃料。填充過程結(jié)束后，頭部點火產(chǎn)生的緩燃波經(jīng)由DDT段產(chǎn)生高壓的爆震波及反傳波，其中爆震波向尾部發(fā)展，而反傳波則向頭部傳播。當爆震波傳播到達引流管1-1入口處，引流管1-1入口處壓力升高，高壓燃氣進入引流管1-1，作用于氣動活塞1-2，使氣動活塞1-2向左移動。氣動活塞1-2的運動經(jīng)傳動組件1-3傳遞至滑動閥門1-4，使滑動閥門1-4向下移動，彈性組件1-5受到壓縮。由于彈性組件1-5壓縮之后會對滑動閥門1-4產(chǎn)生作用力，隨著彈性組件1-5對滑動閥門1-4作用力的增大，滑動閥門1-4停止運動，進氣通道完全關(guān)閉。在此之后，反傳波傳播至滑動閥門1-4處，受到滑動閥門1-4阻擋，同時產(chǎn)生推力。隨著排氣過程的進行，爆震管內(nèi)壓力降低，作用于氣動活塞1-2處的氣壓也隨之降低，在彈性組件1-5的作用下，滑動閥門1-4向上移動，進氣通道打開。由于此時爆震管內(nèi)壓力已低于環(huán)境壓力，外界大氣進入，吹除及填充過程開始。整個過程自動進行，無需外來動力的干涉。