一种爆震燃烧结构和爆震发动机的制作方法

1.本技术涉及但不限于发动机领域，特别是一种爆震燃烧结构和爆震发动机。


背景技术：

2.爆震燃烧是通过前导基波对可爆混合物压缩使其发生高速化学反应来实现；因爆震燃烧具有单位时间放热强度大、自增压、燃烧效率高、污染物排放低等优点，基于爆震燃烧的推进技术是未来空间技术的重要发展趋势。
3.旋转爆震发动机(rotatingdetonationengine，简称rde)是一种利用连续爆震燃烧来产生推力的新概念发动机。与同样采用爆震循环的脉冲爆震发动机(pulsedetonationengine，简称pde)相比，rde只需一次起爆即可实现爆震波连续传播。rde的热循环效率远高于基于等压燃烧的传统喷气式发动机，且释热速率快、结构简单。因此，旋转爆震发动机受到了世界各国的广泛关注，已成为航空航天推进领域的研究热点之一。
4.同时将爆震燃烧应用于现有的燃气轮机中替代现有的等压燃烧室也是人们的期望之一。而爆震发动机中燃气轮机、扩压器、喷油器等构建众多，增加了爆震发动机的复杂性，提高了爆震发动机的制造成本，降低了爆震发动机的工作可靠性。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种爆震燃烧结构和爆震发动机，去除了单独设置的喷油器，使喷油结构与扩压器结合，减少了构件数量、简化了爆震发动机的结构、提高了爆震发动机的工作可靠性。
6.本技术实施例提供了一种爆震燃烧结构，爆震燃烧结构包括外壳、内壳和扩压器，所述内壳套设于所述外壳内，且所述外壳和所述内壳围设形成环形腔体；所述扩压器设置在所述环形腔体内；
7.所述扩压器包括多个沿所述环形腔体的周向间隔设置的叶片，相邻所述叶片之间形成供气体流通的通道；所述叶片内设置有喷油通道，所述叶片的表面设有喷油口，所述喷油通道连通所述爆震燃烧结构的进油口与所述喷油口。
8.在一示例性实施例中，所述叶片的两端沿着所述环形腔体的延伸方向错开设置，所述叶片靠近所述环形腔体下游的端面设有所述喷油口。
9.在一示例性实施例中，所述喷油通道包括转折连通的第一段和第二段，所述第一段远离所述第二段的一端与所述进油口连通，所述第二段远离所述第一段的一端与所述喷油口连通。
10.在一示例性实施例中，所述第一段沿所述环形腔体的径向延伸，所述第二段沿所述环形腔体的轴向延伸。
11.在一示例性实施例中，所述叶片相对所述环形腔体的轴向倾斜设置，且沿所述环形腔体的周向倾斜延伸。
12.在一示例性实施例中，所述叶片为弧形叶片，所述叶片沿着所述环形腔体的周向
弯曲隆起。
13.在一示例性实施例中，所述叶片包括相背设置的凹面和凸面，所述叶片的凸面设有所述喷油口。
14.在一示例性实施例中，爆震燃烧结构还包括压气机，所述压气机设置于所述环形腔体内，且位于所述扩压器的上游。
15.在一示例性实施例中，所述压气机的出气口朝向所述环形腔体的下游，所述压气机的出气口的中心线与所述环形腔体的延伸方向之间存在夹角a，0
°
＜a＜90
°
；
16.所述叶片设置成引导所述压气机排出的气流沿所述环形腔体的延伸方向流动。
17.在一示例性实施例中，所述压气机的进气口位于所述压气机的出气口的上游，且所述压气机在所述进气口处的径向宽度大于在所述出气口处的径向宽度。
18.在一示例性实施例中，所述环形腔体的部分区域作为爆震燃烧区，所述爆震燃烧区位于所述扩压器的下游。
19.在一示例性实施例中，所述环形腔体还包括设置在所述扩压器和所述爆震燃烧区之间的喉道，所述环形腔体的径向宽度在所述喉道处减小。
20.本技术实施例还提供了一种爆震发动机，爆震发动机包括前述的爆震燃烧结构。
21.相比于一些技术，本技术具有以下有益效果：
22.本技术实施例提供的爆震燃烧结构，去掉了单独的喷油器构件，将喷油结构集成设置在扩压器的叶片上，减少了爆震燃烧结构中的构件数量，优化内部结构设置，提高爆震燃烧结构的工作可靠性。并且，将喷油通道集成设置在扩压器的叶片上，从喷油口喷出的燃油会被叶片两侧的气流剪切、雾化，提高后续燃油的燃烧效果。
23.本技术实施例提供的爆震发动机，具有前述的爆震燃烧结构，燃烧效果高、稳定性好，优化了内部结构布置，提高了爆震发动机的工作可靠性。
24.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。
附图说明
25.附图用来提供对本技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
26.图1为本技术实施例所述的爆震燃烧结构的示意图；
27.图2为本技术实施例所述的扩压器的结构示意图一；
28.图3为图2中a部结构的放大图；
29.图4为本技术实施例所述的扩压器的结构示意图二；
30.图5为图4中b部结构的放大图。
31.图示说明：
32.11-外壳，12-内壳，13-环形腔体，2-扩压器，21-叶片，211-吸力面，212-背压面，3-喷油通道，31-第一段，32-第二段，33-喷油口，34-进油口，4-压气机，5-爆震燃烧区，6-喉道，71-涡轮导向器，72-涡轮，73-尾喷管。
具体实施方式
33.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本技术
的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
34.连续旋转爆震发动机是一种利用爆震燃烧的动力技术。其中，爆震燃烧室为爆震发动机的核心机，燃料混合燃烧的主要空间，连续旋转爆震燃烧室多为一种环缝形式。
35.爆震(detonation)：是激波和火焰(化学反应)耦合的燃烧模式，其化学反应速率快、火焰传播快(大于1000m/s)、能够产生极高的压力和温度。爆震波产生极高的燃气压力(大于1.5～5.5mpa)，极高的燃气温度(大于2800k)。
36.一般都是轴流压气机或离心压气机与旋转爆震燃烧室结合，但是对于轴流压气机其单级增压比较小，且轴流压气机对于旋转爆震燃烧室的反压更为敏感，因此不适合与旋转爆震室组合；至于离心压气机，其出口气流方向为径向，与旋转爆震燃烧室轴向进气并不匹配，需设置90
°
扩压器，让气流转弯90
°
变成轴向，才能进入旋转爆震室，气流损失较大。
37.本技术实施例提供了一种爆震燃烧结构，如图1至图5所示，爆震燃烧结构包括外壳11、内壳12和扩压器2，内壳12套设于外壳11内，且外壳11和内壳12围设形成环形腔体13；扩压器2设置在环形腔体13内；扩压器2包括多个沿环形腔体13的周向间隔设置的叶片21，相邻叶片21之间形成供气体流通的通道；叶片21内设置有喷油通道3，叶片21的表面设有喷油口33，喷油通道3连通爆震燃烧结构的进油口34与喷油口33。
38.外壳11和内壳12围设形成环形腔体13，环形腔体13用于安装其它构件并进行爆震燃烧。扩压器2位于环形腔体13中，来流气体经穿过相邻叶片21之间形成的通道并继续向下游传播。
39.在叶片21上设置有喷油通道3，即，喷油结构与扩压器2结合，去掉了喷油器这一单独的构件。燃油经叶片21上的喷油口33喷射进入环形腔体13，叶片21处左右两侧气流压力、速度不同，会对燃油产生较强的剪切作用，达到很好的燃油雾化效果。
40.燃油通过进油口34进入喷油通道3中，再经喷油口33喷射进入环形腔体13中。进油口34可以是设置在外壳11上的开口，喷油通道3与该开口连通；喷油口33可以是喷油通道3在叶片21表面形成的开口。
41.叶片21沿环形腔体13的轴向间隔设置为多个，各个叶片21之间的距离可以设置为相等，换言之，叶片21均匀布置。每个叶片21上均设置有喷油口33，使喷油口33在环形通道的周向上也均匀布置，提高喷油的均匀性，便于后续形成爆震波。
42.内壳12可以是中心柱体。
43.在一示例性实施例中，如图2和图3所示，叶片21的两端沿着环形腔体13的延伸方向错开设置，叶片21靠近环形腔体13下游的端面设有喷油口33。
44.叶片21的一端可以朝向环形腔体13的上游延伸，另一端朝向环形腔体13的下游延伸。在叶片21朝向下游的端面上设置有喷油口33，燃油经喷油口33喷出后与气流前进方向相同，不会对气流造成阻碍。气流携带燃油继续向下游流动。
45.喷油口33位于叶片21靠近环形腔体13下游的端面，换言之，喷油口33的左右两侧就是叶片21的左右两侧通道，叶片21左右两侧通道内的气流速度、压力不同，对位于两侧通道中间的喷油口33喷出的燃油进行剪切、雾化，以提高后续燃油的爆震燃烧效果。
46.在一示例性实施例中，如图5所示，喷油通道3包括转折连通的第一段31和第二段32，第一段31远离第二段32的一端与进油口34连通，第二段32远离第一段31的一端与喷油
口33连通。
47.第一段31和第二段32连通形成l形，作为完整的喷油通道3。
48.在l形的直角转折处可以做圆角处理，以避免燃油在此处产生较多的动力损失。
49.具体地，第一段31沿环形腔体13的径向延伸，第二段32沿环形腔体13的轴向延伸。
50.在一示例性实施例中，如图2和图3所示，叶片21相对环形腔体13的轴向倾斜设置，且沿环形腔体13的周向倾斜延伸。
51.通过调整叶片21的朝向，可以调整气流的方向，使经过叶片21的气流沿平行于环形腔体13轴向长度的方向延伸。
52.当扩压器2前的压气机4为斜流压气机时，气流在穿过扩压器2前在周向上有一定的转动角度，经过倾斜设置的叶片21后，气流周向上的转动角度被消除，气流沿平行于环形腔体13轴向的方向继续向下游流动。
53.在一示例性实施例中，叶片21为弧形叶片21，叶片21沿着环形腔体13的周向弯曲隆起。
54.叶片21沿周向一侧弯曲隆起，叶片21的两侧面分别为吸力面211和背压面212，两侧面的气流的速度、压力不同，会对喷油口33喷出的燃油产生剪切、雾化效果。
55.在一示例性实施例中，叶片21包括相背设置的凹面和凸面，叶片21的凸面设有喷油口33。
56.除设置在叶片21靠近环形腔体13下游的端面，喷油口33也可在叶片21的凸面(背压面212)上设置。设置在叶片21凸面上的喷油口33将燃油喷射出后，也可随气流继续流动至后续的爆震燃烧区5进行燃烧。
57.当然，喷油口33也可同时设置在叶片21的端面和叶片21的凸面上，本技术对此并不限制。
58.在一示例性实施例中，如图1所示，爆震燃烧结构还包括压气机4，压气机4设置于环形腔体13内，且位于扩压器2的上游。
59.压气机4将气体压缩，并推动气体向后传输至扩压器2处进行加速。
60.在一示例性实施例中，压气机4的出气口朝向环形腔体13的下游，压气机4的出气口的中心线与环形腔体13的延伸方向之间存在夹角a，0
°
＜a＜90
°
；叶片21设置成引导压气机4排出的气流沿环形腔体13的延伸方向流动。
61.斜流压气机是介于离心压气机与轴流压气机之间的压气机形式，兼有离心压气机高压比，工作范围广和轴流压气机流量大、高效率、迎风面积小的特点。
62.压气机4采用斜流压气机，将斜流压气机与旋转爆震室组合，利用斜流压气机兼有离心压气机高压比，工作范围广和轴流压气机流量大、高效率、迎风面积小的特点，使得本发明更加具有实用价值。
63.在一示例性实施例中，如图1所示，压气机4的进气口位于压气机4的出气口的上游，且压气机4在进气口处的径向宽度大于在出气口处的径向宽度。
64.压气机4在进气口处的径向宽度大于在出气口处的径向宽度，便于压气机4对气体进行压缩，以提高进气量。
65.在一示例性实施例中，如图1所示，环形腔体13的部分区域作为爆震燃烧区5，爆震燃烧区5位于扩压器2的下游。
66.燃油在爆震燃烧区5进行爆震燃烧，产生爆震波，使爆震发动机正常工作。
67.在一示例性实施例中，如图1所示，环形腔体13还包括设置在扩压器2和爆震燃烧区5之间的喉道6，环形腔体13的径向宽度在喉道6处减小。
68.喉道6可以是拉瓦尔喉道。气流在喉道6处可加速到超音速，可抑制旋转爆震室的反压前传，而消除反压对压气机4的影响。
69.在实际工作中，斜流压气机将来流空气压缩，经压缩过的气流通过扩压器2流动方向变为与发动机轴向平行方向，同时燃油通过扩压器2叶片21尾缘出的燃油喷嘴喷出，由于扩压器2叶片21正反的气流压力流速不同，可以对扩压器2叶片21尾缘喷出的燃油产生很好的剪切雾化效果，然后通过喉道6进入旋转爆震燃烧室。在旋转爆震燃烧室内经旋转爆震波燃烧之后，产生的高温高压的尾气经过涡轮导向器和涡轮之后，通过尾喷管排除，从而产生推力。
70.本技术实施例提供的爆震燃烧结构，斜流压气机出口气流经过扩压器2后速度方向与爆震发动机轴向基本相同，与旋转爆震室轴向进气方向一致，相比与离心压气机4与旋转爆震室配合更加紧密减小了离心压气机4径向出口气流需转90度弯段将气流变成轴向流动。
71.本技术实施例还提供了一种爆震发动机，爆震发动机包括前述的爆震燃烧结构。
72.本技术实施例提供的爆震发动机，具有前述的爆震燃烧结构，燃烧效果高、稳定性好，优化了内部结构布置，提高了爆震发动机的工作可靠性。
73.在本技术中的描述中，需要说明的是，“上”、“下”、“一端”、“一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
74.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“装配”、“安装”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
75.本技术描述的实施例是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本技术所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
76.本技术包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本技术已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的技术方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它技术方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的技术方案。因此，应当理解，在本技术中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

技术特征：
1.一种爆震燃烧结构，其特征在于，包括外壳、内壳和扩压器，所述内壳套设于所述外壳内，且所述外壳和所述内壳围设形成环形腔体；所述扩压器设置在所述环形腔体内；所述扩压器包括多个沿所述环形腔体的周向间隔设置的叶片，相邻所述叶片之间形成供气体流通的通道；所述叶片内设置有喷油通道，所述叶片的表面设有喷油口，所述喷油通道连通所述爆震燃烧结构的进油口与所述喷油口。2.根据权利要求1所述的爆震燃烧结构，其特征在于，所述叶片的两端沿着所述环形腔体的延伸方向错开设置，所述叶片靠近所述环形腔体下游的端面设有所述喷油口。3.根据权利要求1或2所述的爆震燃烧结构，其特征在于，所述喷油通道包括转折连通的第一段和第二段，所述第一段远离所述第二段的一端与所述进油口连通，所述第二段远离所述第一段的一端与所述喷油口连通。4.根据权利要求3所述的爆震燃烧结构，其特征在于，所述第一段沿所述环形腔体的径向延伸，所述第二段沿所述环形腔体的轴向延伸。5.根据权利要求1或2所述的爆震燃烧结构，其特征在于，所述叶片相对所述环形腔体的轴向倾斜设置，且沿所述环形腔体的周向倾斜延伸。6.根据权利要求5所述的爆震燃烧结构，其特征在于，所述叶片为弧形叶片，所述叶片沿着所述环形腔体的周向弯曲隆起。7.根据权利要求6所述的爆震燃烧结构，其特征在于，所述叶片包括相背设置的凹面和凸面，所述叶片的凸面设有所述喷油口。8.根据权利要求1或2所述的爆震燃烧结构，其特征在于，还包括压气机，所述压气机设置于所述环形腔体内，且位于所述扩压器的上游。9.根据权利要求8所述的爆震燃烧结构，其特征在于，所述压气机的出气口朝向所述环形腔体的下游，所述压气机的出气口的中心线与所述环形腔体的延伸方向之间存在夹角a，0
°
＜a＜90
°
；所述叶片设置成引导所述压气机排出的气流沿所述环形腔体的延伸方向流动。10.根据权利要求8所述的爆震燃烧结构，其特征在于，所述压气机的进气口位于所述压气机的出气口的上游，且所述压气机在所述进气口处的径向宽度大于在所述出气口处的径向宽度。11.根据权利要求9所述的爆震燃烧结构，其特征在于，所述环形腔体的部分区域作为爆震燃烧区，所述爆震燃烧区位于所述扩压器的下游。12.根据权利要求11所述的爆震燃烧结构，其特征在于，所述环形腔体还包括设置在所述扩压器和所述爆震燃烧区之间的喉道，所述环形腔体的径向宽度在所述喉道处减小。13.一种爆震发动机，其特征在于，包括如权利要求1至12中任一所述的爆震燃烧结构。

技术总结
本文公开了一种爆震燃烧结构和爆震发动机。爆震燃烧结构包括外壳、内壳和扩压器，所述内壳套设于所述外壳内，且所述外壳和所述内壳围设形成环形腔体；所述扩压器设置在所述环形腔体内；所述扩压器包括多个沿所述环形腔体的周向间隔设置的叶片，相邻所述叶片之间形成供气体流通的通道；所述叶片内设置有喷油通道，所述叶片的表面设有喷油口，所述喷油通道连通所述爆震燃烧结构的进油口与所述喷油口。本文公开的爆震燃烧结构去除了单独设置的喷油器，使喷油结构与扩压器结合，减少了构件数量、简化了爆震发动机的结构、提高了爆震发动机的工作可靠性。作可靠性。作可靠性。


技术研发人员：杨军 高宗永 李金超 郭雨 谢景召
受保护的技术使用者：清航空天（北京）科技有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/14