專(zhuān)利名稱(chēng)：用于引燃?xì)鈶B(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要地涉及用于引燃?xì)鈶B(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物的系 統(tǒng)和方法。具體而言，本發(fā)明涉及控制在管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)流動(dòng)的氣態(tài)或者擴(kuò)散 式燃料-氧化劑混合物的引爆。
背景技術(shù)：
用于引燃?xì)鈶B(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物的現(xiàn)有系統(tǒng)和方法效率
低、成本高并且常常有危險(xiǎn)。在內(nèi)燃引擎中使用的現(xiàn)^a^于火花塞的引燃 技術(shù)在燃燒循環(huán)之后會(huì)在此類(lèi)引擎的汽缸中留有未用燃料并且需要使用 催化轉(zhuǎn)換器將有毒的燃燒副產(chǎn)物轉(zhuǎn)換成更安全的但是仍然造成向大氣中 排放危險(xiǎn)污染物的副產(chǎn)物。另外，火花塞隨時(shí)間而性能降級(jí)，逸造成燃燒 效率越來(lái)越低并且因此燃料里程數(shù)越來(lái)越低而污染越來(lái)越大。因此希望有 一種用于在內(nèi)燃引擎中引燃燃料-氧化劑混合物的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。
主要為了在飛機(jī)和火箭引擎中使用而正在開(kāi)發(fā)的脈沖引爆引擎技術(shù) 有望提供比內(nèi)燃引擎高得多的性能。然而，在這樣的脈沖引爆引擎中有使 用的燃料-氧化劑混合物引燃方法需要使用有危險(xiǎn)并且成本高的燃料-氧 化劑混合物和大量能量以實(shí)現(xiàn)引爆。另夕卜，在這樣的引擎中產(chǎn)生的引爆的 定時(shí)和量值由于正在部署的引燃方法的限制而難以控制。這樣，也希望有 一種用于在脈沖引爆引擎中引燃燃料-氧化劑混合物的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明是一種用于引燃?xì)鈶B(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合 物的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。以所需流速將具有所需燃燒特征的燃料-氧化劑混 合物引入管狀結(jié)構(gòu)中。在一個(gè)示例實(shí)施例中，管狀結(jié)構(gòu)包括具有指定長(zhǎng)度
和直徑的引爆器。通it^引燃點(diǎn)處在流動(dòng)的燃料-氧化劑混合物內(nèi)引入火 花在引爆器內(nèi)引燃流動(dòng)的燃料-氧化劑混合物。所得的引爆沖激繼續(xù)引燃 從引燃點(diǎn)到引爆器的退出端的流動(dòng)燃料-氧化劑混合物。可以選擇燃料-氧 化劑混合物的燃燒特征和流速以控制引爆沖激的能量。
本發(fā)明提供一種用于引燃?xì)鈶B(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物的方 法，該方法包括以下步驟在具有填充點(diǎn)和開(kāi)放端的引爆器的引爆器管內(nèi) 的引燃點(diǎn)放置引燃器；向填充點(diǎn)供應(yīng)退出開(kāi)放端的氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物； 以及使用引燃器來(lái)引燃流動(dòng)的氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化 劑混合物以產(chǎn)生從引燃點(diǎn)向引爆器管的開(kāi)放端傳播的引爆沖激?？梢栽谝?爆管內(nèi)部在引燃點(diǎn)之前或者在引燃點(diǎn)之后放置例如止回閥這樣的閥。引爆 沖激可以供應(yīng)到引爆管、內(nèi)燃引擎或者脈沖引爆引擎?？梢曰谝艿?br> 氧化劑的質(zhì)量比。氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物可以是乙烷、甲烷、 丙烷、氫、丁烷、乙醇、乙炔、MAPP氣體、汽油和航空燃料或者一些 組合。燃料也可以是任何石油餾出物如石腦油、礦物油、煤油或者柴油或 者更復(fù)雜的原料如苯或者DEET?？梢允褂糜|發(fā)機(jī)構(gòu)、固定邏輯或者控制 處理器來(lái)控制引燃器的定時(shí)。
本發(fā)明提供一種用于引燃?xì)鈶B(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物的系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括引爆器和燃料-氧化劑混合物供應(yīng)子系統(tǒng)。引爆器包括 具有填充點(diǎn)和開(kāi)放端的引爆器管;以;5Ut置于引爆器管內(nèi)引燃點(diǎn)處的引燃 器。燃料-氧化劑混合物供應(yīng)子系統(tǒng)向引爆器管的填充點(diǎn)供應(yīng)流過(guò)引爆器 管并且從其開(kāi)放端退出的氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物。引燃器在 氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物流過(guò)引爆器管之時(shí)引燃?xì)鈶B(tài)或者擴(kuò)散 式燃料-氧化劑混合物，由此在引燃點(diǎn)產(chǎn)生向引爆器管的開(kāi)放端傳播的引 爆沖激。該系統(tǒng)可以包括位于引爆管內(nèi)部在引燃點(diǎn)之前或者在引燃點(diǎn)之后 的閥、比如止回閥。該系統(tǒng)可以包括控制引燃器定時(shí)的定時(shí)控制機(jī)構(gòu)。定 時(shí)控制^可以A)Si發(fā)機(jī)構(gòu)、固定邏輯或者控制處理器。引燃器可以是高 電壓脈沖源、受觸發(fā)火花隙源、激光器或者爆絲。
本發(fā)明也提供一種包括引爆器管的引爆器，該引爆器管具有填充點(diǎn)和開(kāi)放端以M置于所述引爆器管內(nèi)引燃點(diǎn)處的引燃器。向引爆管的填充點(diǎn) 供應(yīng)流過(guò)引爆器管并且從其開(kāi)放端退出的氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混 合物。引燃器在氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物流過(guò)引爆器管之時(shí)因 繞氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物，由此在引燃點(diǎn)產(chǎn)生向引爆器管的 開(kāi)放端傳播的引爆沖激。引爆器可以包括位于引爆管內(nèi)部的閥，比如止回 閥。


參照附圖描述本發(fā)明。在附圖中，相似的標(biāo)號(hào)表示相同或者功能相似 的元件。此外，標(biāo)號(hào)最左邊的數(shù)字標(biāo)識(shí)該標(biāo)號(hào)首次出現(xiàn)的附圖。
圖1A圖示了一個(gè)示例現(xiàn)有技術(shù)引爆管，該引爆管具有分離的燃料供 應(yīng)和氧化劑供應(yīng)、以及在管已經(jīng)填充之后在管的閉合端引燃燃料-氧化劑 混合物的火花塞；
圖1B圖示了第二示例現(xiàn)有技術(shù)引爆管，該引爆管具有燃料-氧化劑供 應(yīng)、以及在管已經(jīng)填充之后在管的閉合端引燃燃料-氧化劑混合物的火花
塞；
圖2A圖示了本發(fā)明的一個(gè)示例引爆管，該引爆管具有從燃料-氧化劑 混合物供應(yīng)接收燃料-氧化劑混合物并且在燃料-氧化劑混合物流入管中 時(shí)引燃燃料-氧化劑混合物的引爆器；
圖2B描繪了通it^氣體混合物的流內(nèi)產(chǎn)生電弧來(lái)工作的本發(fā)明引爆 器的第一實(shí)施例；
圖2C描繪了與圖2B中所示引爆器相似的本發(fā)明引爆器的第二實(shí)施 例，不同之處在于它包括分叉到主管中的兩個(gè)導(dǎo)體從而使火花長(zhǎng)度隨著它 行進(jìn)到主引爆管中而增加；
圖3A描繪了本發(fā)明引爆器的另一實(shí)施例的端視圖3B描繪了圖3A的引爆器的側(cè)視圖3C描繪了本發(fā)明引爆器的一個(gè)示例實(shí)施例，該引爆器包括用來(lái)控 制所供應(yīng)的燃料-氧化劑混合物的流量的止回閥，其中止回閥放置于引爆 器管中引燃點(diǎn)之前；
圖3D描繪了本發(fā)明引爆器的一個(gè)示例實(shí)施例，該引爆器包括用來(lái)控 制所供應(yīng)的燃料-氧化劑混合物的流量的止回閥，其中止回閥放置于引爆器管中引燃點(diǎn)之后；
圖3E描繪了可以與圖3C和3D中所示本發(fā)明引爆器的示例實(shí)施例 一起〗吏用的一個(gè)示例止回閥；
圖4描繪了一個(gè)示例逐級(jí)引爆管組合，由此直徑越來(lái)越大的管組合用 來(lái)放大引爆波；
圖5描繪了直徑跨it^大引爆波的管的長(zhǎng)度而增加的一個(gè)示例引爆
管；
圖6圖示了管外圍逐漸收縮、然后逐漸擴(kuò)大的管；
圖7A描繪了并排的第一引爆管和第二引爆管；
圖7B描繪了布置為使得引爆管組合的更大引爆管相互接觸的四個(gè)引 爆管組合；
圖7C描繪了直徑擴(kuò)大的三個(gè)引爆管；
圖7D描繪了布置為類(lèi)似于六邊形結(jié)構(gòu)的七個(gè)引爆管；
圖7E描繪了以圓形方式布置的十二個(gè)引爆管；
圖8描繪了具有第一直徑的三個(gè)引爆管連接到具有第二更大直徑的 更大引爆管以放大由更小管生成的組合脈沖的側(cè)視圖9提供了單獨(dú)引爆管的點(diǎn)燃定時(shí)如何在遠(yuǎn)場(chǎng)中的單點(diǎn)處聚焦功率 的圖解；
圖10描繪了引爆4個(gè)引爆管的稀疏陣列以便引導(dǎo)過(guò)壓波使得它們?cè)?所需位置組合；
圖11描繪了引爆4組引爆管的稀疏陣列以便引導(dǎo)過(guò)壓波使得它們?cè)?所需位置組合；
圖12圖示了將7個(gè)引爆管的六邊形子陣列高效打包成共計(jì)224個(gè)引 爆管的組合陣列的一個(gè)例子；
圖13A-13L描繪了在常規(guī)四沖程(奧托循環(huán))引擎的每一工作循環(huán) 中在兩次曲柄旋轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的進(jìn)料、壓縮、燃燒和排氣沖程；
圖14描繪了使用本發(fā)明的引爆器來(lái)引燃燃料-氧化劑混合物的圖 13A-13L四沖程(奧托循環(huán))引擎的燃燒沖程的開(kāi)始；
圖15描繪了使用本發(fā)明的兩個(gè)引爆器的一個(gè)示例汪克爾引擎；圖16描繪了具有使用本發(fā)明引爆器的四個(gè)脈沖引爆引擎的飛機(jī)翼的
橫截面圖17描繪了以使用本發(fā)明引爆器的多個(gè)脈沖引爆引擎為^ftb的一個(gè) 示例渦輪；以及
圖18描繪了可以用來(lái)為火箭提供推進(jìn)的使用本發(fā)明引爆器的脈沖引 爆引擎的一個(gè)示例布置。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照其中示出本發(fā)明示例實(shí)施例的附圖更完全地具體描述本 發(fā)明。然而，本發(fā)明不應(yīng)理解為限于這里闡述的實(shí)施例；實(shí)際上，4C供實(shí) 施例是為了使本公開(kāi)將是透徹和完整的并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全地 傳達(dá)本發(fā)明的范圍。相似的標(biāo)號(hào)通篇指代相似的元件。
本發(fā)明提供一種用于生成和控制也稱(chēng)為聲波或者聲脈沖的過(guò)壓波的 改進(jìn)系統(tǒng)和方法。示例過(guò)壓波可以通過(guò)它們?cè)?.1Hz到30KHz范圍中的 頻率來(lái)表征。該系統(tǒng)的^l是在一端開(kāi)放的管內(nèi)引燃高能量、可爆炸氣態(tài) 或者擴(kuò)散式燃料空氣或者燃料氧氣混合物，其中可以使用多種可燃燃料中 的任一種，包括乙烷、曱烷、丙烷、氫、丁烷、乙醇、乙炔、MAPP氣 體、汽油和航空燃料。燃料也可以是任何石油餾出物如石腦油、礦物油、 煤油或者柴油或者更復(fù)雜的原料如苯或者DEET。氣體混合物在管的閉合 端引爆，itit成引爆波沿著管的長(zhǎng)度傳播，其中引爆端和引爆波作為it^ 波退出管的開(kāi)放端。管在這里稱(chēng)為引爆管，而引爆波在這里稱(chēng)為引爆脈沖 或者沖激。
本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例包括至少一種引爆管裝置和用于控制引爆定時(shí) 的定時(shí)控制^J。引爆管裝置包括至少一個(gè)引爆管、至少一個(gè)引爆器和燃 料-氧化劑混合物供應(yīng)子系統(tǒng)。 一個(gè)或者多個(gè)引爆器可以與給定的引爆管 一起使用，而引爆器可以與多個(gè)引爆管一起使用。 一個(gè)或者多個(gè)火花引發(fā) 器與一個(gè)或者多個(gè)引爆器關(guān)聯(lián)，其中單個(gè)火花引發(fā)器可在可以并聯(lián)或者串 聯(lián)的多個(gè)引爆管中引發(fā)火花，而多個(gè)火花引發(fā)器可以在單個(gè)引爆管中引發(fā) 火花。定時(shí)控制機(jī)構(gòu)控制一個(gè)或者多個(gè)引發(fā)器的定時(shí)。
火花引發(fā)器可以是高電壓脈沖源。作為對(duì)高電壓脈沖源的一種替代， 受觸發(fā)火花隙方式可以用作火花引發(fā)器。用于火花引發(fā)器的其它替代包括 激光器和爆絲。定時(shí)控制機(jī)構(gòu)可以是簡(jiǎn)易觸發(fā)機(jī)構(gòu)、固定邏輯或者是更復(fù)雜的控制處 理器?？刂铺幚砥饕部梢杂脕?lái)控制燃料-氧化劑混合物供應(yīng)子系統(tǒng)的可變 M或者這樣的^可以固定。
燃料-氧化劑混合物供應(yīng)子系統(tǒng)維持燃料-氧化劑混合物的燃料與氧 化劑的所需質(zhì)量比和燃料-氧化劑混合物的所需流速?？梢愿鶕?jù)引爆器的 長(zhǎng)度和直徑特征來(lái)選擇所需燃料與氧化劑之比和流速以實(shí)現(xiàn)所需引爆特
征。例如， 一個(gè)實(shí)施例將丙烷-空氣燃料-氧化劑混合物、5.5的質(zhì)量比和 50升/分鐘的流速用于長(zhǎng)度為l，，而直徑為V4，，和由聚四氟乙烯制成、具有 第一引爆管的引爆器，該第一引爆管由不銹鋼制成、長(zhǎng)度為9"并且直徑 從連接到引爆器的一端為0.8"到連接到第二引爆管的一端為0.65"逐漸 變小，該第二引爆管由鈦制成、長(zhǎng)度為32"而直徑為3"。取而代之，第 一引導(dǎo)管可以具有0.8"的恒定直徑。
商用質(zhì)量流量控制閥技術(shù)可以用來(lái)控制燃料-氧化劑混合物的燃料與 氧化劑的質(zhì)量比和燃料-氧化劑混合物的流速。取而代之，商用技術(shù)可以 用來(lái)測(cè)量進(jìn)入燃料-氧化劑混合物混合裝置中的氧化劑的質(zhì)量流量，而精 確的氧化劑質(zhì)量流量測(cè)量可以用來(lái)控制質(zhì)量流量控制閥以調(diào)節(jié)為了實(shí)現(xiàn) 燃料-氧化劑混合物的燃料與氧化劑的所需質(zhì)量比而需要的燃料的質(zhì)量流 量。
在流動(dòng)的燃料-氧化劑混合物內(nèi)的引爆
現(xiàn)有技術(shù)的氣體引爆系統(tǒng)需要長(zhǎng)管或者高度可引爆的氣體混合物如
氧氣和氫氣以便產(chǎn)生引爆。否則它們將僅為"可爆燃"，這是一個(gè)緩慢而幾
乎靜默的過(guò)程。對(duì)照而言，本發(fā)明的一個(gè)方面提M使用適度爆炸氣體混
合物(如丙烷和空氣)在長(zhǎng)度如一英尺那樣短而直徑為2英寸的管內(nèi)產(chǎn)生
短的高強(qiáng)度聲脈沖的能力。與現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)不同，本發(fā)明的這一方面實(shí)
施于如下示例系統(tǒng)中，該系統(tǒng)使電弧穿itxt其中將發(fā)生引爆的管進(jìn)行填充
的氣體和氧化劑混合物的流動(dòng)(或者移動(dòng))流。當(dāng)管基本上充滿(mǎn)時(shí)，在管
中的填充點(diǎn)處流動(dòng)氣體內(nèi)引發(fā)快速火花，這觸發(fā)了管內(nèi)部所有氣體的后續(xù)
引爆。取而代之，可以通過(guò)激光(器)或者通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的任何其它適 當(dāng)引燃和引爆方法來(lái)引爆流動(dòng)氣體。在流動(dòng)氣體技術(shù)內(nèi)的這一引燃在與引
了產(chǎn)生引爆而需要的管長(zhǎng)度。另外，根據(jù)本發(fā)明這一方面的引爆需要1 焦耳級(jí)的能量以引爆燃料-氧化劑混合物，而現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)可能需要100 焦耳到1000焦耳能量以實(shí)現(xiàn)引爆。這一方法的更多合乎需要的結(jié)果是在電弧觸發(fā)與聲波從管的后續(xù)發(fā)射之間時(shí)間的不確定性減少以及引爆脈沖 量值的可重復(fù)性。這樣，根據(jù)本發(fā)明這一方面的引爆器實(shí)現(xiàn)了對(duì)過(guò)壓波的 精確定時(shí)和量值控制。
圖1A描繪了現(xiàn)有技術(shù)引爆系統(tǒng)的側(cè)視圖。引爆管100具有分開(kāi)的燃 料供應(yīng)102和氧化劑供應(yīng)104,該燃料供應(yīng)102和氧化劑供應(yīng)104在向引 爆管100填充燃料-氧化劑混合物106的填充時(shí)段中開(kāi)放。在填充時(shí)段之 后，燃料供應(yīng)102和氧化劑供應(yīng)104關(guān)閉，而在所需時(shí)間通過(guò)高壓線108 向火花塞110施加引燃燃料-氧化劑混合物106的放電，這造成引爆波沿 著引爆管100的長(zhǎng)度傳播并且退出它的開(kāi)放端112。類(lèi)似地，圖1B描繪 了另 一現(xiàn)有技術(shù)引爆系統(tǒng)的側(cè)視圖，其中引爆管100具有在向引爆管100
105。在填充時(shí)段后，燃料-氧化劑混合物供應(yīng)105關(guān)閉，而在所需時(shí)間通 過(guò)高壓線108向火花塞110施加引燃燃料-氧化劑混合物106的放電，這 造成引爆波沿著引爆管100的長(zhǎng)度傳播并且退出它的開(kāi)放端112。
圖2A描繪了經(jīng)由引爆器114由燃料-混合物供應(yīng)105供應(yīng)的本發(fā)明過(guò) 壓波生成器11的引爆管100，其中火花在燃料-氧化劑混合物106內(nèi)引燃 而向引爆管100填充燃料-氧化劑混合物106， itit成引爆波沿著引爆管 100的長(zhǎng)度傳播并且退出它的開(kāi)放端112。在一個(gè)實(shí)施例中，在流動(dòng)的燃 料-氧化劑混合物內(nèi)的引燃過(guò)程中維持適當(dāng)?shù)娜剂?氧化劑混合物itil。已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)在相當(dāng)?shù)牧髁糠秶?^il越高則引爆波的演變?cè)娇臁Ｒ虼耍?一個(gè)示 例實(shí)施例使用高的流速。對(duì)于給定的火花能量，某一流速限定流速的實(shí)際 上限。在一個(gè)實(shí)施例中，饋給引爆管的管道系統(tǒng)(tubing)在臨界半徑以 下以防止引爆回進(jìn)到燃料-氧化劑混合物供應(yīng)。例如， 一個(gè)實(shí)施例使用直 徑為V4"的管道系統(tǒng)以防止這樣的回閃(flashback)而又呈現(xiàn)對(duì)氣流的 低阻力。例如，具有直徑為V4"的鉆孔的l，，長(zhǎng)的引爆器可以在以50升/ 分鐘流動(dòng)的MAPP氣體-空氣混合物內(nèi)使用1焦耳火花來(lái)實(shí)現(xiàn)引爆。
在圖2A中也示出了可選的輔助燃料-氧化劑混合物供應(yīng)105，。 一個(gè) 或者多個(gè)輔助燃料-氧化劑混合物供應(yīng)105，可以用來(lái)加速對(duì)大型引爆管 (或者管組合)的填充。利用一種方式， 一個(gè)或者多個(gè)輔助燃料-氧化劑 混合物供應(yīng)105，用來(lái)加速與(主要)燃料-氧化物混合物供應(yīng)105并行的 對(duì)引爆管100的填充，使得引爆器114可以引燃在所需力tit的流動(dòng)燃料-氧化劑混合物。利用另一方式，燃料-氧化劑混合物供應(yīng)105可以在流動(dòng) 的燃料-氧化劑混合物被引燃之前在第一更高速率向引爆管供料、然后改變成第二速率。在又一方式中，輔助燃料-氧化劑混合物供應(yīng)105/將與燃 料-氧化劑混合物供應(yīng)105供應(yīng)到引爆器114中的燃料-氧化劑混合物106 不同的燃料-氧化劑混合物106，(在圖2A中未圖示)供應(yīng)到引爆管100 中。
對(duì)于某些燃料，可能有必要加熱燃料-氧化劑混合物以便實(shí)現(xiàn)引爆。 取決于引爆管的點(diǎn)燃速率，可能有必要冷卻引爆管。在本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選 實(shí)施例之下，燃料-氧化劑混合物供應(yīng)105 (和/或105，)包括與引爆管接 觸、用以將熱量從引爆管傳送到燃料-氧化劑混合物的至少一個(gè)熱交換裝 置(未圖示)。熱交換裝置可以采用各種公知形式中的任何形式，比如從 一端到另 一端在引爆管周?chē)菪男⌒凸艿老到y(tǒng)，其中螺線的緊密度可以 恒定或者可以沿著引爆管的長(zhǎng)度而變化。另 一示例熱交換器方式讓引爆管 由包封容器(containment vessel)包圍，使得在與引爆管接觸的包封容器 內(nèi)的燃料-氧化劑混合物從引爆管吸熱。取而代之，可以使用獨(dú)立于燃料-氧化劑混合物供應(yīng)105的熱交換器裝置，在該情況下可使用除了燃料-氧 化劑混合物之外例如(如水等)液體或者珪這樣的一些物質(zhì)從引爆管吸熱。 取而代之，其它熱源可以用來(lái)加熱燃料-氧化劑混合物。 一般而言，各種 公知技術(shù)可以用來(lái)冷卻引爆管和/或加熱燃料-氧化劑混合物，包括將熱從 引爆管傳送到燃料-氧化劑混合物的方法。
圖2B描繪了通it^可引爆氣體混合物的流內(nèi)產(chǎn)生電弧來(lái)工作的本發(fā) 明引爆器的第一實(shí)施例。例如圖2B中所示，經(jīng)由引爆器114的填充點(diǎn)208 將具有恰當(dāng)可引爆比率的可燃?xì)怏w和氧化劑的氣體混合物106傳遞到引 爆管100中。當(dāng)管基本上充滿(mǎn)時(shí)，在高電壓脈沖輸入214觸發(fā)高電壓線 108以使火花212跨棵線210出現(xiàn)并且穿過(guò);iL^引爆管100中的氣體混合 物106，從而引發(fā)氣體在引爆管100中的引爆。定時(shí)控制M 216控制對(duì) 高電壓脈沖的觸發(fā)。
圖2C描繪了也通it^可引爆氣體混合物的流內(nèi)產(chǎn)生電弧來(lái)工作的本 發(fā)明引爆器的第二實(shí)施例。如圖2C中所示，經(jīng)由引爆器114的填充點(diǎn)208 將具有恰當(dāng)可引爆比率的可燃?xì)怏w和氧化劑的氣體混合物106傳遞到引 爆管100中。當(dāng)管基本上充滿(mǎn)時(shí)，在高電壓脈沖輸入214觸發(fā)高電壓線 108以使火花212跨棵線210出現(xiàn)并且穿過(guò)$"引爆管100中的氣體混合 物106，從而引發(fā)氣體在引爆管100中的引爆。在這一變形中，在引爆器 114內(nèi)引發(fā)火花、然后它通過(guò)流動(dòng)氣體沿著兩個(gè)分叉導(dǎo)體快速掃入引爆管 100中，火花的長(zhǎng)度隨著它行進(jìn)到引爆管100中而增加。當(dāng)在小的縫隙中引發(fā)火花時(shí)，它產(chǎn)生穩(wěn)定的低阻抗區(qū)域，該區(qū)域能夠傳導(dǎo)同一電壓電力跨
過(guò)大得多的縫隙。取而代之，線210可以并聯(lián)但是一起略微更靠近地彎曲 以保證火花在引爆器114內(nèi)部開(kāi)始。
圖3A和3B提供了本發(fā)明的過(guò)壓波生成器11的一個(gè)示例實(shí)施例的端 視圖和側(cè)視圖。如圖3A和3B中所示，引爆器114包括圍繞引爆器管304 的絕緣汽釭302。電極306從絕緣汽缸302的側(cè)面插入并且連接到高電壓 線108。引爆器管304在填充點(diǎn)208連接到燃料-氧化劑混合物供應(yīng)105(圖 3B中所示)而在它的相對(duì)開(kāi)放端310連接到引爆管100。如圖3B中所示， 氣體混合物106經(jīng)由引爆器114的填充點(diǎn)208傳遞到引爆管304中、然后 流出它的開(kāi)放端310輸出到引爆管100中。當(dāng)引爆管10實(shí)質(zhì)上充滿(mǎn)時(shí)， 觸發(fā)高電壓線108以使火花212跨電極306出現(xiàn)，由此引燃?xì)怏w混合物 106并且在引燃點(diǎn)產(chǎn)生引爆沖激，該引爆沖激從引燃點(diǎn)經(jīng)過(guò)i"引爆器管 304中的氣體混合物106傳播到引爆器114的開(kāi)放端310以引發(fā)氣體在引 爆管100中的引爆。在圖3B中也示出了恰在引爆管100的閉合端以?xún)?nèi)的 Shchelkin螺線308。 Shchelkin螺線308作為爆燃到引爆的轉(zhuǎn)變(DDT) 增強(qiáng)器件在本領(lǐng)域中是公知的。在本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施例中，Shchelkin 螺線308具有10匝、長(zhǎng)度為7"并且使用在它的基部(閉合端)抵靠引爆 管100的內(nèi)部緊密纏繞的#4銅線來(lái)構(gòu)造。
圖3C描繪了與圖3A和3B中所示相同但是也包括止回閥312的本 發(fā)明引爆器的一個(gè)示例實(shí)施例，該止回閥用來(lái)控制所供應(yīng)的燃料-氧化劑 混合物的流量，其中止回閥312放置于也稱(chēng)為引燃點(diǎn)的火花212之前。
圖3D描繪了與圖3C中所示相同的本發(fā)明引爆器的一個(gè)示例實(shí)施例， 不同之處在于止回閥312放置于引燃點(diǎn)212之后。
圖3E描繪了可以與圖3C和3D中所示本發(fā)明引爆器的示例實(shí)施例 一:^4吏用的一個(gè)示例止回閥312。止回閥包括通過(guò)彈簧318抵靠開(kāi)口 316 來(lái)保持的球314。當(dāng)向球314供應(yīng)適當(dāng)壓力時(shí)，它壓縮彈簧318，這允許 燃料-氧化劑混合物106經(jīng)過(guò)開(kāi)口 316。也可以根據(jù)本發(fā)明使用其它類(lèi)型的 閥。
過(guò)壓波量值控制
一般而言，可以選擇引爆管的長(zhǎng)度和內(nèi)徑以在所選流動(dòng)燃料-氧化劑 混合物的最大所選流速實(shí)現(xiàn)所需的最大生成it^波量值，并且可以減少流 速以降低生成的過(guò)壓波的量值。如果需要，則逐漸增大的管可以用iMi大在更小引爆管中初始產(chǎn)生的引爆脈沖。 一個(gè)或者多個(gè)管各自可以由一種材
料或者材料組合制成并且允許包括PVC或者各種不同化合物、金屬或者
甚至混凝土以實(shí)現(xiàn)所需結(jié)果。在一個(gè)示例實(shí)施例中，引爆管由鈦制成。在
一個(gè)示例實(shí)施例中，其中引入火花的引爆器具有小的直徑、例如約V4"的
直徑。這一組件與更大的第二引爆管的基部對(duì)準(zhǔn)，使得引爆其中容納的氣 體。此第二引爆管然后可以與直徑陸續(xù)更大的管的基部對(duì)準(zhǔn)以引發(fā)氣體混 合物在其中的引爆。以這一方式，可以用精確的定時(shí)準(zhǔn)確度引發(fā)直徑很大
的引爆管引爆。
在圖4中示出了使用直徑逐漸增大的管，該示了逐級(jí)引爆管組合 400包括放大引爆脈沖的逐漸增大引爆管。在初始引爆管10A中產(chǎn)生的引 爆脈沖經(jīng)過(guò)直徑更大的引爆管100B和100C行進(jìn)。 一般而言，隨著氣體 混合物的引爆從直徑更小的引爆管轉(zhuǎn)變到直徑更大的引爆管，脈沖的尺寸 M大。根據(jù)本發(fā)明，直徑不同的一個(gè)或者多個(gè)引爆管可以組合成逐級(jí)引 爆管組合400。
在上述示例實(shí)施例中，假設(shè)引爆管(和引爆器管)是一種外圍并不沿 著管的長(zhǎng)度而變化的管。作為一種替代，引爆管(或者引爆器管)可以開(kāi) 始是小的直徑并且逐漸變大以便具有如針對(duì)圖4中所述放大脈沖的類(lèi)似 效果。在圖5中示出了一個(gè)示例方式，該圖描繪了直徑逐漸擴(kuò)大的引爆管 100的側(cè)視圖。以與圖4的逐級(jí)管技料目似的方式，變得越來(lái)越大的引爆 管的直徑使脈沖隨著它沿著管的長(zhǎng)度行進(jìn)而放大。如圖所示，引爆管100 在一端具有比在另一端的第二直徑504更小的第一直徑502。也可以組合 具有擴(kuò)大直徑的多個(gè)管。引爆管的另一變形使用壓縮器/膨脹器技術(shù)，其 中管的外圍逐漸變細(xì)為更小外圍以壓縮氣體、然后膨脹為更大外圍以膨脹
氣體。在圖6中示出了這一方式，該圖描繪了基于壓縮器/膨脹器技術(shù)的 引爆管100的側(cè)視圖，該引爆管具有在一端的第一直徑602、在另一端的 第二直徑603和在引爆管100的兩端之間的第三直徑604。第一直徑602 視所需壓縮/膨脹特征而定可以等于或者可以不等于第二直徑603。
引爆管陣列
引爆管可以用各種方式分組以在同時(shí)被觸發(fā)時(shí)產(chǎn)生組合脈沖。圖 7A-7D描繪了可以如何組合引爆管的例子。圖7A描繪了引爆管陣列702 包括并排的第一引爆管和第二引爆管。圖7B描繪了引爆管陣列704包括 布置為使得引爆管組合的更大引爆管相互接觸的四個(gè)引爆管組合。圖7C 描繪了引爆管陣列706包括直徑擴(kuò)大的三個(gè)引爆管。圖7D描繪了引爆管陣列708包括布置為類(lèi)似于六邊形結(jié)構(gòu)的七個(gè)引爆管。圖7E描繪了引爆 管陣列710包括以圓形方式布置的十二個(gè)引爆管。
取而代之,也可以在不同時(shí)間觸發(fā)組成此類(lèi)引爆管組或者陣列的引爆 管。在一個(gè)布置之下，使用如下定時(shí)序列來(lái)引燃引爆管，該定時(shí)序列使它 們依次引爆，使得向給定的引爆管填充它的燃料-氧化劑混合物而同時(shí)其 它引爆管在生成it^波的各種狀態(tài)下。利用這一方式，可以對(duì)引爆管的引 燃和填充進(jìn)行定時(shí)使得裝置在它將表現(xiàn)為連續(xù)引爆這樣高的速率生成過(guò) 壓波。
如圖8中所示，成組更小的管可以連接到更大的管，使得它們的組合 脈沖產(chǎn)生繼續(xù)在更大的管中引爆的更大脈沖。圖8描繪了具有第一直徑的 3個(gè)更小引爆管100A的側(cè)視圖，這些更小的引爆管連接到具有更大第二 直徑的更大引爆管100B以放大組合脈沖。
一般而言，可以根據(jù)本發(fā)明的這一方面使用逐級(jí)管、外圍逐漸增大的 管、管陣列、連接到更大管的成組更小管和利用壓縮器/膨脹器技術(shù)的管 的各種可能組合中的任何組合以生成滿(mǎn)足具體應(yīng)用要求的過(guò)壓波。所有這 樣的組合需要平衡由于管外圍的膨脹而引起的勢(shì)能與隨著管外圍增加由 氣體的膨脹所造成的冷卻。
it^波的相干聚焦和引導(dǎo)
如前文所述，本發(fā)明這一方面的引爆器具有在電弧觸發(fā)與聲波從管后 續(xù)發(fā)射之間的時(shí)間的、低的不確定性。引爆器也提供對(duì)所生成的聲脈沖量 值的可重復(fù)精確控制。這一低不確定性(或者抖動(dòng))和精確量值控制實(shí)現(xiàn) 了對(duì)引爆管陣列所生成的it^波的相干聚焦和引導(dǎo)。這樣，引爆器可以用
來(lái)生成可引導(dǎo)、可聚焦、高"^值脈沖功率過(guò)壓波。
圖9圖示了單獨(dú)管的點(diǎn)燃定時(shí)如何在遠(yuǎn)場(chǎng)中的單個(gè)點(diǎn)聚焦所生成的 過(guò)壓波的功率。更早地觸發(fā)更遠(yuǎn)的管以4M嘗為了行進(jìn)更大距離而需要的更 大時(shí)間量，這使所有脈沖同時(shí)到達(dá)空間同一點(diǎn)。圖9描繪了引爆管 100A-100E的陣列卯0，其中以由定時(shí)控制^ 216控制的受控定時(shí)引燃 (或者點(diǎn)燃)引爆管，使得它們生成的聲脈沖同時(shí)到達(dá)空間902中的點(diǎn)。 引爆管100A-100E產(chǎn)生的聲脈沖卯6分別沿著直接路徑904A-卯4E行進(jìn)。 這樣，考慮到為了行進(jìn)不同直接路徑而需要的不同行進(jìn)時(shí)間、以在點(diǎn)燃之 間的適當(dāng)延遲按順序100E-100A點(diǎn)燃它們，侵_得聲脈沖卯6同時(shí)到達(dá)空 間卯2中的點(diǎn)以產(chǎn)生組合聲脈沖卯8?？梢栽谙∈桕嚵兄胁贾脝为?dú)引爆管或者成組的管。圖IO描繪了在稀
疏陣列中布置的單獨(dú)引爆管的陣列，其中控制各管中引爆的定時(shí)以便引導(dǎo)
it^波使得它們?cè)谒栉恢媒M合。圖11類(lèi)似地描繪了在稀疏陣列中布置 的成組管陣列，其中給定組的管同時(shí)引爆但不同組的引爆定時(shí)則不同以便 引導(dǎo)it^波使得它們?cè)谒栉恢媒M合。
參照?qǐng)D10，以由定時(shí)控制機(jī)構(gòu)216控制的精確定時(shí)按相反順序點(diǎn)燃 引爆管100A-100D，使得聲脈沖沿著直接路徑卯4A-904D行進(jìn)并且在空 間902中的點(diǎn)組合。參照?qǐng)D11，由定時(shí)控制機(jī)構(gòu)216控制按相反順序點(diǎn) 燃引爆管1100A-1100D,使得聲脈沖沿著直接路徑卯4A-卯4D行進(jìn)并且 在空間卯2中的點(diǎn)組合。
在稀疏陣列實(shí)施例中使用的定時(shí)控制機(jī)構(gòu)216可以包括經(jīng)由有線或 者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與組成陣列的過(guò)壓波生成器通信的單個(gè)定時(shí)控制機(jī)構(gòu)。取而代 之，各過(guò)壓波生成器可以具有它自己的定時(shí)控制機(jī)構(gòu)，其中已經(jīng)通過(guò)某裝 置同步所述定時(shí)控制機(jī)構(gòu)。
引爆管陣列的工作原理
一般而言，當(dāng)以精確定時(shí)觸發(fā)引爆管陣列時(shí)，產(chǎn)生作為窄波束在取決 于定時(shí)的方向上傳播的壓力波。以這一方式，它的工作類(lèi)似于在雷達(dá)系統(tǒng) 中"fit使用的定相陣列天線。由于上述定時(shí)是以電方式確定的，因此可以 從一個(gè)脈沖到下一個(gè)脈沖使束方向重新定向。可以設(shè)計(jì)在例如每秒10個(gè)、 20個(gè)、50個(gè)或者100個(gè)脈沖這樣的不同速率工作的系統(tǒng)，并且可以在唯 一方向上瞄準(zhǔn)各脈沖。僅有的對(duì)重復(fù)速率的限制是管可以被重新填充的速 度。在音速重新填充速率將需要約五毫秒來(lái)重新填充五英尺長(zhǎng)的管。由于 脈沖一旦引爆則輸出也需要五亳秒，所以限制性的重復(fù)速率為100Hz。
由于陣列的各元件發(fā)射它自己的相干能量，所以在遠(yuǎn)場(chǎng)中波的幅度接 近各單獨(dú)管的強(qiáng)度的平方。以這一方式可以指引的瞬間過(guò)壓因此可以接近 高水平。這樣，系統(tǒng)擁有大的開(kāi)銷(xiāo)動(dòng)態(tài)范圍，該范圍可以用來(lái)到達(dá)i^巨離 或者經(jīng)過(guò)比如硬靶(hardtarget)這樣的結(jié)構(gòu)中的小孔徑傳播。
可以通過(guò)在由探測(cè)激光器確定的恰當(dāng)時(shí)間間隔施加脈沖使小孔徑背 后的結(jié)構(gòu)共振，其中該探測(cè)激光器用來(lái)測(cè)量粒子在開(kāi)口的多普勒移位。由 此可以確定結(jié)構(gòu)的自然頻率，隨后在閉環(huán)模式下使用激光器以控制系統(tǒng)的 定時(shí)從而產(chǎn)生最大效果。由于聲學(xué)Q為高，所以在這樣的硬耙內(nèi)部的瞬 間壓力可以很大。例如，對(duì)于僅為10的Q,峰值壓力可以接近1000psi。成組引爆管可以視為更大陣列內(nèi)的子陣列。圖12圖示了由7個(gè)引爆 管組成的32個(gè)六邊形子陣列1202的一個(gè)示例實(shí)施例，其中各子陣列以 6.2，x2.5，的格式高效地打包成具有共計(jì)224個(gè)直徑為3"的引導(dǎo)管的陣列 1200中。這一系統(tǒng)的遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度可以是一個(gè)此類(lèi)3"引爆管的強(qiáng)度的50,000 倍以上。
這一實(shí)施例的陣列元件的點(diǎn)燃定時(shí)簡(jiǎn)單直接。波形長(zhǎng)約1毫秒而相干 約束為它的波長(zhǎng)的、或者更少。定時(shí)系統(tǒng)因此將需要200微秒或者更少 的分辨率和準(zhǔn)確度。可以用可編程計(jì)數(shù)器-定時(shí)器實(shí)現(xiàn)這一定時(shí)準(zhǔn)確度級(jí)， 比如在0.1微秒的分辨率每芯片提供三個(gè)定時(shí)信道的英特爾8254 PCA。
在一個(gè)實(shí)施例中，在可引導(dǎo)陣列中的各元件需要例如以具有Vj皮長(zhǎng) 以下的孔徑使它的能量遍布整個(gè)可引導(dǎo)區(qū)域。對(duì)于一亳秒的波形，孔徑約 為六英寸。在圖12中所示示例實(shí)施例中，六邊形子陣列捆跨距為九英寸， 因而它們將不允許在完全半球之上引導(dǎo)，但是將管分組成按組點(diǎn)燃的六邊 形捆則減少了硬件要求，這允許使用三十二個(gè)可編程定時(shí)信道來(lái)引導(dǎo)和聚 焦陣列。這樣，僅以十一個(gè)8254即可滿(mǎn)足所有定時(shí)需要。由S叩erLogics 制造的PCI板包含提供十二個(gè)可編程計(jì)數(shù)器-定時(shí)器的四個(gè)8254，因而三 個(gè)模塊將夠用。在另一實(shí)施例中，圖12中各成捆的管可以充分地間隔開(kāi) 以實(shí)現(xiàn)在全半球之上引導(dǎo)并且所有管的點(diǎn)燃可以獨(dú)立而無(wú)需分組。
陣列的焦斑(focalspot)是陣列波長(zhǎng)和大小的函數(shù)。在陣列正面附近 焦斑包括直徑為一個(gè)波長(zhǎng)、即一英尺的近似圓圏。在更大距離處斑將以大 直徑在陣列的小直徑方向上的橢圓形狀逐漸展開(kāi)。也就是說(shuō)，橢圓就圖 12中所示水平陣列而言變?yōu)樨Q直。當(dāng)焦斑在線性域中工作直至約半個(gè)大 氣壓或者7psi時(shí)，可以使用波動(dòng)方程易于對(duì)焦斑的形狀進(jìn)行建模。然而， 當(dāng)在波形中的瞬間壓強(qiáng)接近大氣壓時(shí)，它將為非線性并且計(jì)算有所不同。
可以用寬帶聲學(xué)傳感器來(lái)對(duì)陣列壓力輸出進(jìn)行測(cè)量。它們通常具有 10Hz-20，000Hz的帶寬和約ldB的準(zhǔn)確度。在陣列的遠(yuǎn)場(chǎng)中以三十英尺或 者更大的距離進(jìn)行的測(cè)量提供了足以在任何范圍中外推(extrapolate)特 征的準(zhǔn)確度。此類(lèi)儀器的校準(zhǔn)輸出是與壓力具有直接關(guān)系的聲學(xué)聲壓電 平、即 馬。例如，180dBSPL等效于20，000Pa或者約3psi
的壓強(qiáng)。與這一電平關(guān)聯(lián)的瞬間聲強(qiáng)為1,000，000W/m2。用于線性介質(zhì)的廣義波動(dòng)方程的結(jié)果是當(dāng)波疊加時(shí)它們的幅度添加。 對(duì)于電磁波，這意味著如果兩個(gè)相同波以相同時(shí)間和相位到達(dá)空間中的點(diǎn) 則它們將產(chǎn)生相比單個(gè)波倍增的電勢(shì)或者電壓。
結(jié)果在聲波情況下相似，但是在這一情況下電勢(shì)變?yōu)閴簭?qiáng)而不是電壓。
注意由于相位相等，所以余弦等于1而壓強(qiáng)的值等于單個(gè)源的壓強(qiáng)的兩 倍。這一關(guān)系適用于]\個(gè)源的相加=]\*卩。
倍增聲波的壓強(qiáng)將^^它的功率變?yōu)樗谋?，因?yàn)楣β逝c它的壓強(qiáng)的平方 成比例，也就是當(dāng)兩個(gè)相同聲波波形以相同時(shí)間和相位到達(dá)空間中的同一 點(diǎn)時(shí)它們的功率將變?yōu)樗谋丁?br> 與電磁波類(lèi)似，波形的功率或者聲資與它的壓強(qiáng)的平方成比例。
其中M是在這一情況下為空氣的介質(zhì)的聲學(xué)阻抗值。
因此一般而言，在過(guò)壓波形的主瓣中的自由空間遠(yuǎn)場(chǎng)功率可以計(jì)算為
單個(gè)引爆管的壓強(qiáng)的N2。然而，當(dāng)它接近地面工作時(shí)，也可以利用地波 的附加效應(yīng)。當(dāng)來(lái)自地面的波和自由空間波形在靶上會(huì)聚時(shí)，兩個(gè)波形的 壓強(qiáng)同樣相加并且同樣使功率變?yōu)樗谋丁?br> 通過(guò)調(diào)節(jié)單獨(dú)元件的定時(shí)使得延遲更近的元件以恰好足以讓來(lái)自陣 列更遠(yuǎn)部分的波迎頭趕上來(lái)，以實(shí)現(xiàn)波束引導(dǎo)。因此在給定的引導(dǎo)方向上 所有波將同時(shí)到達(dá)并且滿(mǎn)足W功率標(biāo)準(zhǔn)。這類(lèi)似于定相陣列天線，但是 由于聲學(xué)波形為瞬態(tài)而不是連續(xù)波，所以時(shí)間延i^L代相位。
本發(fā)明引爆器的附加應(yīng)用
除了如上所述向具有開(kāi)放端的引爆管供應(yīng)引爆沖激之外，本發(fā)明引爆 器的附加應(yīng)用包括但不限于向內(nèi)燃引擎(或者燃燒室)和向脈沖引爆引擎 供應(yīng)引爆沖激。
本發(fā)明的引爆器可以用來(lái)取代當(dāng)前用來(lái)在汽車(chē)、卡車(chē)、飛機(jī)、輪船、 摩托車(chē)、叉車(chē)起重機(jī)、便攜發(fā)電機(jī)、剪草機(jī)、鏈鋸和無(wú)數(shù)其它機(jī)構(gòu)中使用 的內(nèi)燃引擎中引燃燃料-氧化劑混合物的火花塞。圖13A-13L描繪了在常規(guī)四沖程(奧托循環(huán))引擎的每一工作循環(huán)的兩次曲柄旋轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的 進(jìn)料、壓縮、燃燒和排氣沖程。
參照?qǐng)D13A-13L，一個(gè)示例奧托循環(huán)內(nèi)燃引擎1300包括*閥1302、 燃料-氧化劑混合物入口 1304、排氣閥1306、排氣出口 1308、活塞1310、 汽缸1312、曲柄1314和火花塞1316。圖13A-13L描繪了隨著奧托循環(huán) 引擎1300經(jīng)過(guò)它的iittl、壓縮2、提供動(dòng)力(power) 3和排氣4這四 個(gè)循環(huán)而選艮的不同時(shí)間的奧托循環(huán)引擎。圖13入-13<:描繪了通過(guò)燃料-氧化劑混合物入口 1304經(jīng)由開(kāi)放的i^閥1302向引擎1300供料。圖 13D-13F示出了引擎1300的活塞1310壓縮汽缸1312內(nèi)部的燃料-氧化劑 混合物。圖13G描繪了火花塞引燃汽缸1312內(nèi)部的燃料-氧化劑混合物， 這如圖13H和131中所示下推活塞1310。圖13J至13L描繪了引擎1300 經(jīng)由開(kāi)放的排氣閥1306將廢氣從汽缸1310排出排氣出口 1308。然后重 復(fù)4個(gè)循環(huán)的過(guò)程。
圖14描繪了圖13A-13L中所示的相同引擎1300，不同之處在于火花 塞316為引爆器114所取代。圖14對(duì)應(yīng)于圖13G。在圖14中，示出了引 爆器114向燃燒引擎1300提供引爆沖激以引燃燃料-氧化劑混合物，這開(kāi) 始它的燃燒沖程3。
圖15描繪了使用本發(fā)明兩個(gè)引爆器114的一個(gè)示例汪克爾引擎1500。 本發(fā)明可以類(lèi)似地使用于其它類(lèi)型的內(nèi)燃引擎中，包括但不限于兩沖程、 五沖程、BeareHead、 Bourke和氣渦輪引擎。
本發(fā)明的引爆器可以用來(lái)向在各類(lèi)應(yīng)用中使用的脈沖引爆引擎(如飛 機(jī)和火箭引擎)供應(yīng)引爆沖激。圖16描繪了具有使用本發(fā)明引爆器的四 個(gè)脈沖引爆引擎的飛機(jī)翼的橫截面圖。如圖所示，四個(gè)脈沖引爆引擎各包 括引爆管100和經(jīng)由燃料-氧化劑混合物供應(yīng)105接收燃料-氧化劑混合物 106的引爆器114。可以在不同時(shí)間或者在相同時(shí)間點(diǎn)燃引爆管100。
圖17描繪了以使用本發(fā)明引爆器的多個(gè)脈沖引爆引擎為^J的脈沖 引爆渦輪引擎的一個(gè)示例渦輪1700。如圖所示，各包括引爆管100和引 爆器114的十二個(gè)脈沖引爆引擎被布置為用以下方式點(diǎn)燃即使得渦輪 1700逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。可以在不同時(shí)間或者在相同時(shí)間點(diǎn)燃引爆管100。
圖18描繪了可以用來(lái)為火箭引擎1800提供推進(jìn)的使用本發(fā)明引爆器 的脈沖引爆引擎的一個(gè)示例布置。如圖所示，引爆管100以圓形方式布置 于更大引爆管100b內(nèi)部。更小引爆管IOOA各具有對(duì)應(yīng)引爆器114?？梢栽诓煌瑫r(shí)間或者在相同時(shí)間點(diǎn)燃引爆管100。
提供這里描述的引爆器、引燃系統(tǒng)和引燃方法的應(yīng)用被提供為本發(fā)明 所實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用類(lèi)型的例子。盡管已經(jīng)描述本發(fā)明的特定實(shí)施例和數(shù)個(gè)示例 應(yīng)用(或者實(shí)施)，然而將理解本發(fā)明不限于此，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員可 以具體地按照前述教導(dǎo)來(lái)做出修改。因此所附權(quán)利要求旨在于涵蓋任何這 樣的修改，這些修改并入了體現(xiàn)本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范周的那些特征或者那些改 進(jìn)。
權(quán)利要求
1. 一種引爆器，包括引爆器管，所述引爆器管具有填充點(diǎn)和開(kāi)放端，所述填充點(diǎn)被供應(yīng)有流過(guò)所述引爆器管并且退出所述開(kāi)放端的氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物；以及引燃器，所述引燃器放置于所述引爆器管內(nèi)的引燃點(diǎn)，所述引燃器在所述氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物流過(guò)所述引爆器管之時(shí)引燃所述氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物，由此在所述引燃點(diǎn)產(chǎn)生向所述引爆器管的所述開(kāi)放端傳播的引爆沖激。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的引爆器，還包括 閥，所述閥位于所述引爆器管的內(nèi)部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的引爆器，其中所述閥是止回閥。
4. 一種用于引燃?xì)鈶B(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物的系統(tǒng)，包括引爆器管，所述引爆器管具有填充點(diǎn)、開(kāi)放端和在所述引爆器管內(nèi)引 燃點(diǎn)處的引燃器；以及燃料供應(yīng)，用于向所述引爆器管的所述填充點(diǎn)供應(yīng)氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃 料-氧化劑混合物，所述氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物流過(guò)所述引爆 器管并且退出所述開(kāi)放端，所述引燃器在所述氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化 劑混合物流過(guò)所述引爆器管之時(shí)引燃所述氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混 合物，由此在所述引燃點(diǎn)產(chǎn)生向所述引爆器管的所述開(kāi)放端傳播的引爆沖 激。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，還包括 閥，所述閥位于所述引爆器管的內(nèi)部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述閥是止回閥。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述閥位于所述引燃點(diǎn)之前。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述引爆沖激供應(yīng)到具有開(kāi)放 端的引爆管、燃燒室、內(nèi)燃引擎或者脈沖引爆引擎之一。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中基于所述引爆器管的長(zhǎng)度和直
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧 化劑混合物包括乙烷、甲烷、丙烷、氬、丁烷、乙醇、乙炔、MAPP氣 體、汽油、航空燃料、石油鎦出物、石腦油、礦物油、煤油、柴油、苯或 者DEET。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，還包括 定時(shí)控制機(jī)構(gòu)，用于控制所述引燃器的定時(shí)。
12. —種用于引燃?xì)鈶B(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物的系統(tǒng)，包括 引爆器，包括引爆器管，所述引爆器管具有填充點(diǎn)和開(kāi)放端；以及引燃器，所述引燃器放置于在所述引爆器管內(nèi)的引燃點(diǎn)；以及燃料-氧化劑混合物供應(yīng)，所述燃料-氧化劑混合物供應(yīng)向所述引爆器 管的所述填充點(diǎn)供應(yīng)氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物，所述氣態(tài)或者 擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物流過(guò)所述引爆器管并且退出所述開(kāi)放端，所述 引燃器在所述氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物流過(guò)所述引爆器管之時(shí) 引燃所述氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物，由此在所述引燃點(diǎn)產(chǎn)生向 所述引爆器管的所述開(kāi)放端傳播的引爆沖激。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，所述引爆器還包括 閥，所述閥位于所述引爆器管的內(nèi)部。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述閥是止回閥。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述閥位于所述引燃點(diǎn)之前。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中基于所述引爆器管的長(zhǎng)度和量比和$組。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物包括乙烷、甲烷、丙烷、氫、丁烷、乙醇、乙炔、MAPP 氣體、汽油、航空燃料、石油餾出物、石腦油、礦物油、煤油、柴油、苯 或者DEET。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括 定時(shí)控制機(jī)構(gòu)，所述定時(shí)控制機(jī)構(gòu)控制所述引燃器的定時(shí)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述定時(shí)控制機(jī)構(gòu)包括觸發(fā) ^、固定邏輯或者控制處理器之一。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述引燃器包括高電壓脈沖 源、受觸發(fā)火花隙源、激光器或者爆絲。
全文摘要
提供一種用于引燃?xì)鈶B(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物的改進(jìn)系統(tǒng)和方法，其中氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物供應(yīng)到引爆器管，該引爆器管具有填充點(diǎn)和開(kāi)放端，放置于引爆器管內(nèi)引燃點(diǎn)處的引燃器在氣態(tài)或者擴(kuò)散式燃料-氧化劑混合物流過(guò)引爆器管之時(shí)被引燃。在引燃點(diǎn)產(chǎn)生向所述引爆器管的開(kāi)放端傳播的引爆沖激，其中它可以供應(yīng)到具有開(kāi)放端的引爆管、內(nèi)燃引擎、燃燒室和脈沖引爆引擎。
文檔編號(hào)G01V1/104GK101443680SQ200780017749
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
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