CN110529876A - 旋转爆轰燃烧系统 - Google Patents

Abstract

一种旋转爆轰燃烧(RDC)系统，包括限定第一会聚‑扩散喷嘴的气体喷嘴，第一会聚‑扩散喷嘴至少部分地沿着纵向方向提供气体流。气体流限定了至少部分地沿着纵向方向限定的流体壁。爆轰室相对于燃烧中心平面限定在流体壁的径向内侧。限定第二会聚‑扩散喷嘴的燃料‑氧化剂喷嘴向爆轰室提供燃料‑氧化剂混合物流。燃料‑氧化剂喷嘴相对于燃烧中心平面限定在气体喷嘴的径向内侧并且在爆轰室的上游。

Description

旋转爆轰燃烧系统

技术领域

本主题涉及用于热力发动机的连续爆轰系统。

背景技术

许多推进系统，例如燃气涡轮发动机，基于布雷顿循环，其中空气被绝热压缩，热量以恒定压力加入，所产生的热气体在涡轮中膨胀，并且在恒定压力下排出热量。然后，高于驱动压缩系统所需的能量可用于推进或其他工作。这种推进系统通常依赖于爆燃燃烧来燃烧燃料/空气混合物并产生燃烧气体产物，其在燃烧室内以相对慢的速率和恒定的压力行进。虽然基于布雷顿循环的发动机通过稳定地提高部件效率和增加压力比和峰值温度而达到了高水平的热力学效率，但仍然欢迎进一步的改进。

因此，已经通过修改发动机架构来寻求发动机效率的改进，使得燃烧作为连续或脉冲模式中的爆轰发生。脉冲模式设计涉及一个或多个爆轰管，而连续模式基于几何形状，通常是环形，单个或多个爆轰波在其内旋转。对于两种类型的模式，高能点火引爆燃料/氧化剂混合物，其转变为爆轰波(即，紧密耦合到反应区的快速移动的冲击波)。相对于反应物的声速，爆轰波以大于声速的马赫数范围(例如，马赫数4至8)行进。燃烧产物以相对于爆轰波的声速和显著升高的压力跟随爆轰波。然后，这种燃烧产物可以通过喷嘴排出，以产生推力或旋转涡轮。

虽然爆轰燃烧器通常可提供比爆燃燃烧系统更高的效率和性能，但爆轰燃烧器的较高热通量和压力增益目前将这种系统限定为与传统的爆燃燃烧器相比具有较低耐久性的风险。此外，由于爆轰胞格宽度受到有限爆轰室几何形状的限制，爆轰燃烧器通常受限于操作条件。

因此，需要能够改善发动机和旋转爆轰燃烧(RDC)系统耐久性和可操作性的爆轰燃烧系统。

发明内容

本发明的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。

本公开的各方面涉及一种包括旋转爆轰燃烧(RDC)系统的热力发动机。RDC系统包括限定第一会聚-扩散喷嘴的气体喷嘴，该第一会聚-扩散喷嘴至少部分地沿着纵向方向提供气体流。气体流限定至少部分地沿着纵向方向限定的流体壁。爆轰室相对于燃烧中心平面限定在流体壁的径向内侧。限定第二会聚-扩散喷嘴的燃料-氧化剂喷嘴向爆轰室提供燃料-氧化剂混合物流。燃料-氧化剂喷嘴相对于燃烧中心平面限定在气体喷嘴的径向内侧并且在爆轰室的上游。

在一个实施例中，由气体喷嘴提供的气体流沿着纵向方向限定限定爆轰室的惰性气体流。

在另一个实施例中，气体喷嘴围绕燃烧中心平面环形地限定。

在又一个实施例中，燃料-氧化剂喷嘴围绕燃烧中心平面环形地限定。

在又一个实施例中，RDC系统包括多个燃料-氧化剂喷嘴，多个燃料-氧化剂喷嘴围绕燃烧中心平面绕着周向方向以相邻布置设置。

在又一个实施例中，RDC系统包括多个气体喷嘴，多个气体喷嘴围绕燃烧中心平面绕着周向方向以相邻布置设置。

在一个实施例中，RDC系统包括：限定在爆轰室上游的第一气体喷嘴，至少部分地沿着第一方向提供第一气体流；和限定在第一气体喷嘴下游的相对的第一气体喷嘴，沿着至少部分地沿着纵向方向的与第一方向相反的第二方向提供相对的第一气体流。

在各种实施例中，RDC系统包括：第一气体喷嘴，该第一气体喷嘴在距燃烧中心平面的第一半径处至少部分地沿着纵向方向提供第一气体流以限定第一流体壁；和第二气体喷嘴，其在距燃烧中心平面的不同于第一半径的第二半径处至少部分地沿着纵向方向提供第二气体流，以限定第二流体壁。在一个实施例中，第一气体喷嘴限定在第一半径处，第二气体喷嘴限定在第二半径处。第一气体喷嘴和第二气体喷嘴中的每一个相对于燃烧中心平面限定在燃料-氧化剂喷嘴的径向外侧。在另一个实施例中，第一流体壁限定爆轰室的第一半径，第二流体壁限定与第一半径不同的爆轰室的第二半径。

本公开的另一方面涉及一种用于操作RDC系统的方法。该方法包括使气体至少部分地沿着纵向方向流动以沿着纵向方向限定流体壁；使燃料-氧化剂混合物相对于燃烧中心平面在流体壁的径向内侧沿着纵向方向流入爆轰室；以及在爆轰室处点燃燃料-氧化剂混合物以相对于燃烧中心平面在流体壁的径向内侧产生爆轰波。

在各种实施例中，使气体流动是沿着爆轰室内的爆轰室壁。在一个实施例中，使气体至少部分地沿着纵向方向流动还包括使气体从爆轰室上游的会聚-扩散喷嘴沿着至少部分地沿着纵向方向的第一方向流动。在另一个实施例中，使气体至少部分地沿着纵向方向流动还包括使气体从爆轰室下游的会聚-扩散喷嘴沿着至少部分地沿着纵向方向的与第一方向相反的第二方向流动。

在各种实施例中，该方法还包括在第一半径或第二半径处通过气体流来调整爆轰室的半径。在一个实施例中，通过气体流来调整半径包括选择性地在第一半径处的第一气体喷嘴和第二半径处的第二气体喷嘴之间引导气体流。

在更多实施例中，使气体至少部分地沿着纵向方向流动以限定流体壁还包括使气体在距燃烧中心平面的第一半径处至少部分地沿着纵向方向流动以产生第一流体壁；和使气体在距离燃烧中心平面的不同于第一半径的第二半径处至少部分地沿着纵向方向流动，以产生第二流体壁。

在更进一步的实施例中，使气体流动以产生第一流体壁处于第一发动机条件中的一个或多个，并且使气体流动以产生第二流体壁处于与第一发动机条件不同的第二发动机条件中的一个或多个。在一个实施例中，每个发动机条件限定爆轰室上游的气体的压力，温度或流速中的一个或多个，或爆轰室上游的燃料的压力，温度或流速中的一个或多个，或者其组合。在另一个实施例中，使气体在第一半径处流动以产生第一流体壁限定爆轰室的第一半径，不同于使气体在第二半径处流动以产生第二流体壁，该第二流体壁限定了距爆轰室的不同于第一半径的第二半径。

参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：

图1是根据本发明的一个方面的包括旋转爆轰燃烧(RDC)系统的热力发动机的示意性实施例；

图2-5是图1的RDC系统的示例性实施例的截面图；和

图6-8是通常在图2-5中提供的RDC系统的示例性实施例的截面图；

图9是通常根据图1-8中大体提供的本公开的实施例的旋转爆轰燃烧系统的爆轰室的示例性实施例；和

图10是概述用于操作诸如关于图1-9所示和所述的RDC系统的方法的示例性步骤的流程图。

在本说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个实施例是为了解释本发明，而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。

如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。

术语“向前”和“向后”是指热力发动机或交通工具内的相对位置，并且指的是热力发动机或交通工具的正常操作姿态。例如，关于热力发动机，向前指的是更靠近热力发动机入口的位置，而向后指的是更靠近热力发动机喷嘴或排气口的位置。

术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。此外，“上游端99”和“下游端98”各自通常用于参考目的，例如以阐明流体从哪个方向或朝向哪个方向流动，或者本文所述的结构或元件的布置。

除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数指代。

在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言用于修饰任何可允许变化的定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(例如“约”，“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或者用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可能指的是在10％的范围内。

这里和整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有说明。例如，本文公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合。

大体提供包括旋转爆轰燃烧(RDC)系统的热力发动机10的实施例。这里示出和描述的实施例可以通过经由流体壁调节或调整爆轰室来改善发动机和RDC系统的可操作性。限定爆轰室的流体壁可以通过减轻爆轰室壁处的结构劣化来改善RDC系统100和发动机10的耐久性。爆轰室处的流体壁可以通过基于发动机条件调节或调整爆轰室的半径或宽度来进一步提供改进的发动机可操作性。

现在参考附图，图1描绘了根据本公开的示例性实施例的包括旋转爆轰燃烧系统100(“RDC系统”)的热力发动机10(下文中，“发动机10”)。发动机10限定了沿纵向方向L延伸的发动机中心线或中心平面12，以供参考。发动机10通常包括入口部分20和膨胀部分30。在一个实施例中，RDC系统100位于入口部分20的下游和膨胀部分30的上游，例如在它们之间串行布置。在各种实施例中，热力发动机10限定燃气涡轮发动机，冲压式喷气发动机或包括燃料-氧化剂燃烧器的其他热力发动机，该燃料-氧化剂燃烧器产生提供推进力或机械能输出的燃烧产物。在限定燃气涡轮发动机的热力发动机10的实施例中，入口部分20包括限定一个或多个压缩机的压缩机部分，该压缩机产生向RDC系统100的氧化剂79流。入口部分20通常可以引导向RDC系统100的氧化剂79流。入口部分20可在其进入RDC系统100之前进一步压缩氧化剂79。限定压缩机部分的入口部分20可包括旋转压缩机翼型的一个或多个交替级。在其他实施例中，入口部分20通常可以限定从上游端到靠近RDC系统100的下游端的减小的横截面积。

如下面将进一步详细讨论的，氧化剂79流的至少一部分与液体或气体燃料83(或其组合，或液体燃料与气体的组合)混合并被引爆以产生燃烧产物85(图2)。燃烧产物85向下游流到膨胀部分30。在各种实施例中，膨胀部分30通常可以限定开口空间或区域，例如环境大气，或相对于RDC系统100的较大半径部分。燃烧产物85的膨胀通常提供推进热力发动机10所附接的设备的推力，或者向进一步联接到风扇部分，发电机或其他电机的一个或多个涡轮提供机械能，或者两者。因此，膨胀部分30可以进一步限定燃气涡轮发动机的涡轮部分，该涡轮部分包括一个或多个交替的排或级的旋转涡轮翼型。燃烧产物85可以从膨胀部分30流过例如排气喷嘴以产生用于热力发动机10的推力。

如将理解的，在限定燃气涡轮发动机的热力发动机10的各种实施例中，由燃烧产物85产生的涡轮在膨胀部分30内的旋转通过一个或多个轴或线轴传递以驱动入口部分20内的压缩机。在各种实施例中，入口部分20可进一步限定风扇部分，例如用于涡轮风扇发动机构造，以便推动氧化剂穿过RDC系统100和膨胀部分30外部的旁路流动路径。

应当理解，图1中示意性描绘的热力发动机10仅作为示例提供。在某些示例性实施例中，热力发动机10可包括入口部分20内的任何合适数量的压缩机，膨胀部分30内的任何合适数量的涡轮，并且还可包括适于机械连接压缩机、涡轮和/或风扇的任何数量的轴或线轴。类似地，在其他示例性实施例中，热力发动机10可包括任何合适的风扇部分，其风扇由膨胀部分30以任何合适的方式驱动。例如，在某些实施例中，风扇可以直接连接到膨胀部分30内的涡轮，或者可选地，可以通过跨越减速齿轮箱的膨胀部分30内的涡轮驱动。另外，风扇可以是可变节距风扇，固定节距风扇，管道风扇(即，热力发动机10可以包括围绕风扇部分的外机舱)，非管道风扇，或者可以具有任何其他合适的构造。

此外，还应当理解，RDC系统100还可以结合到任何其他合适的航空热力发动机中，例如涡轮轴发动机，涡轮螺旋桨发动机，涡轮喷气发动机，冲压式喷气发动机，超燃冲压发动机等。此外，在某些实施例中，RDC系统100可以结合到非航空热力发动机中，例如基于陆地或基于海洋的动力产生系统。此外，在某些实施例中，RDC系统100可以结合到任何其他合适的热力发动机中，例如火箭或导弹发动机。对于后面实施例中的一个或多个，热力发动机可以不包括入口部分20中的压缩机或膨胀部分30中的涡轮。

现在参考图2-5，大体提供RDC系统100的示例性实施例。RDC系统100限定上游端99和下游端98，氧化剂81流从入口部分20(图1)从上游端99进入RDC系统100，燃烧的燃料-氧化剂混合物85(即，爆轰产物)离开RDC系统100到下游端98，到达燃烧部分30(图1)。RDC系统100还限定燃烧中心平面13，RDC系统100围绕该燃烧中心平面13被限定。燃烧中心平面13至少部分地沿纵向方向L延伸。在各种实施例中，燃烧中心平面13可以相对于发动机中心线以锐角设置。RDC系统100包括气体喷嘴110，其限定第一会聚-扩散喷嘴，至少部分地沿纵向方向L提供气体流。气体流101限定了至少部分地沿纵向方向L限定的流体壁130。爆轰室壁105沿纵向方向L延伸，以在爆轰室壁105的径向内侧相对于燃烧中心平面13限定爆轰室115。流体壁130径向地邻近爆轰室壁105(例如，朝向燃烧中心平面13邻近)限定。在各种实施例中，例如本文进一步描述的，爆轰室壁105相对于燃烧中心平面13从径向最外部的气体喷嘴110限定。

RDC系统100还包括燃料-氧化剂喷嘴120，其限定第二会聚-扩散喷嘴，将燃料-氧化剂混合物84流提供到爆轰室115。燃料-氧化剂喷嘴120限定在气体喷嘴110的径向内侧和爆轰室115的上游。

气体喷嘴110和燃料-氧化剂喷嘴120各自限定了横截面积减小的会聚部分129(图2)和横截面积增加的发散部分126。喉部125限定在会聚部分129和发散部分126之间。燃料喷射开口122通过燃料-氧化剂喷嘴120限定。在各种实施例中，燃料喷射开口122可沿燃料-氧化剂喷嘴120的发散部分126限定。在其他实施例中，燃料喷射开口122可大致限定在会聚-扩散喷嘴的喉部125处。

应当理解，在气体喷嘴110和燃料-氧化剂喷嘴120的各种实施例中，会聚-发散结构可以被构造为使流体流(例如，氧化剂流81,82)加速通过喷嘴110,120。在各种实施例中，会聚-发散结构可进一步限定文丘里喷嘴，以便基于上游压力(例如，在图2中的会聚部分129处)和下游压力(例如，在图2中的发散部分126处)在喷嘴110,120的喉部125处限定阻塞的流体流(例如，氧化剂流81,82)。

来自入口部分20(图1)的氧化剂流(由箭头81示意性地示出)穿过燃料-氧化剂喷嘴120。燃料喷射开口122通过燃料-氧化剂喷嘴120限定，以提供液体或气体燃料(或其组合)流(如箭头83示意性所示)，以与氧化剂流81混合以在爆轰室115处产生燃料-氧化剂混合物(如箭头84示意性地示出)。然后，燃料-氧化剂混合物84在爆轰室115中引爆，如下面进一步描述的。

在各种实施例中，由气体喷嘴110提供以限定流体壁130的气体流101进一步限定了沿纵向方向L的惰性气体流。这样，气体流101限定流体壁130，以便限定爆轰室115，燃料-氧化剂混合物84在其中被引爆。

流体壁130可以减轻相对于爆轰室115由高温和热梯度引起的结构问题。例如，流体壁130限制或减轻爆轰室115处的爆轰气体与爆轰室壁105的热相互作用，从而与爆燃燃烧室相比，减轻了由于压力增益燃烧系统的较高热通量导致的结构劣化。附加地或替代地，例如本文进一步描述的，包括提供气体流101以产生流体壁130的气体喷嘴110的RDC系统100还可以基于RDC系统100和/或发动机10处的发动机条件来调节或调整爆轰室115的半径或横截面积。

现在参照图3，RDC系统100还可以限定多个气体喷嘴110，这些气体喷嘴110沿着从燃烧中心平面13延伸的径向方向R以相邻布置设置。例如，多个气体喷嘴110可以限定第一气体喷嘴111和第二气体喷嘴112，第二气体喷嘴112从第一气体喷嘴111相对于燃烧中心平面13沿径向方向R向外设置。第一气体喷嘴111提供第一气体流101以在第一半径116处限定流体壁130，例如在第一流体壁131处描绘的。第二气体喷嘴112提供第二气体流102，以在不同于第一半径116的第二半径117处限定流体壁130，例如在第二流体壁132处描绘的。

简要地参考图10，大体提供用于操作旋转爆轰燃烧(RDC)系统的方法(下文中，“方法1000”)。方法1000可以用在发动机10和RDC系统100中，例如通常关于图1-9提供的。然而，方法1000可以在图1-9中未示出的其他RDC系统中实施。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以添加，省略或重新布置方法1000的步骤。

方法1000包括在1010处使气体至少部分地沿纵向方向流动以沿纵向方向限定流体壁。例如，参考图1-9，方法1000在1010处可以包括通过气体喷嘴110从发动机10的入口部分20提供氧化剂流82以产生气体流101，从而限定爆轰室115的流体壁130。

方法1000还包括在1020处使燃料-氧化剂混合物沿着纵向方向相对于燃烧中心平面在流体壁的径向内侧流入爆轰室。例如，参考图1-9，方法1000在1020处可包括通过燃料-氧化剂喷嘴120的燃料喷射开口122提供液体或气体燃料流83以与来自入口部分20的氧化剂流81混合，从而在爆轰室115处产生燃料-氧化剂混合物84。

方法1000还包括在1030处点燃爆轰室处的燃料-氧化剂混合物以产生相对于燃烧中心平面在流体壁的径向内侧的爆轰波。例如，参考图1-9，方法1000在1030处可以包括在爆轰室115处点燃在1020处产生的燃料-氧化剂混合物84。作为另一个示例，方法1000在1030处可以包括点燃燃料-氧化剂混合物84以在爆轰室115内产生爆轰波230，例如下面关于图9进一步描绘和描述的。

简要参考图9，结合图1-8和图10中概述的方法1000，大体提供RDC系统100的爆轰室115(没有燃料-氧化剂喷嘴120)的立体图。RDC系统100在操作期间产生爆轰波230。爆轰波230在RDC系统100的周向方向C上行进，消耗进入的燃料-氧化剂混合物84并在燃烧的膨胀区域236内提供高压区域234。燃烧的燃料-氧化剂混合物85(即燃烧产物)离开爆轰室115并被排放到发动机10的膨胀部分30(图1)。

更具体地，应当理解，RDC系统100是爆轰型燃烧器，从连续爆轰波230获得能量。对于爆轰燃烧器，例如本文公开的RDC系统100，与燃烧相比，燃料-氧化剂混合物84的燃烧实际上是爆轰，这在传统的爆燃型燃烧器中是典型的。因此，爆燃和爆轰之间的主要区别与火焰传播机制有关。在爆燃中，火焰传播是从反应区到新鲜混合物的热传递(通常是通过传导)的函数。相比之下，利用爆轰燃烧器，爆轰是冲击引发的火焰，其导致反应区和冲击波的耦合。冲击波压缩并加热新鲜燃料-氧化剂混合物84，使这种燃料-氧化剂混合物84增加到自燃点以上。另一方面，燃烧释放的能量有助于爆轰冲击波230的传播。此外，通过连续爆轰，爆轰波230以连续的方式在爆轰室115周围传播，以相对高的频率操作。另外，爆轰波230可以使得爆轰室115内的平均压力高于典型燃烧系统(即，爆燃燃烧系统)内的平均压力。因此，爆轰波230后面的区域234具有非常高的压力。

参考图1-9，RDC系统100和爆轰波230(图9)的产生限定了压力-增益燃烧过程。例如，燃料-氧化剂混合物84的爆轰的膨胀区域236内的高压区域234产生从RDC系统100的上游端99到下游端98的大体增加的压力。在其他实施例中，例如下面进一步描述的，流体壁130可以基于发动机条件限定一个或多个半径的爆轰室115。

现在参照图3，多个气体喷嘴110可以限定第一气体喷嘴111，该第一气体喷嘴111在距燃烧中心平面13第一半径116处至少部分地沿着纵向方向L提供第一气体流101。第一半径116处的第一气体流101在第一半径116处限定第一流体壁131。多个气体喷嘴110还可以限定第二气体喷嘴112，该第二气体喷嘴112在距燃烧中心平面13第二半径117处至少部分地沿着纵向方向L提供第二气体流102，第二半径117与第一半径116不同。在第二半径117处的第二气体流102在第二半径117处限定第二流体壁132。

限定在第一半径116处的第一气体喷嘴111和限定在第二半径117处的第二气体喷嘴112各自沿着燃料-氧化剂喷嘴120的径向方向R相对于燃烧中心平面13向外限定。例如，第二气体喷嘴112可以从第一气体喷嘴111沿径向方向R向外限定。第一气体喷嘴111还可以沿着径向方向R从燃料-氧化剂喷嘴120向外限定。

从气体流101限定的流体壁130进一步限定了爆轰室115沿径向方向R的宽度135。在用于操作的RDC系统100和方法1000的各种实施例中，可以调整爆轰室115的宽度135，以便沿径向方向R增大或减小。例如，参考图3，从第一气体流101限定的第一流体壁131进一步限定了与第一半径116对应的爆轰室115的第一宽度135。第二流体壁132限定与第二半径117对应的爆轰室115的第二宽度135，其不同于第一宽度135。

返回参考图10，在1010处使气体流动以限定流体壁可以进一步包括在1012处使气体至少部分地沿着纵向方向在距燃烧中心平面第一半径处流动以产生第一流体壁。例如，参考图1-9，方法1000在1012处可包括通过第一气体喷嘴111经由第一气体流101在第一半径116处产生第一流体壁131。

返回参考图10，在1010处使气体流动以限定流体壁可以进一步包括在1014处使气体至少部分地沿着纵向方向在距离燃烧中心平面第二半径处流动以产生第二流体壁，该第二半径不同于第一半径。例如，参考图1-9，方法1000在1014处可包括通过第二气体喷嘴112经由第二气体流102在第二半径117处产生第二流体壁132。

方法1000还可以包括在1016处通过调节第一半径和第二半径之间的氧化剂流来调节爆轰室的半径或宽度，以调节爆轰室的宽度。例如，参考图3，调整第一半径116和第二半径117之间的氧化剂流82可以包括选择性地在第一气体喷嘴111和第二气体喷嘴112之间引导氧化剂流82。

作为另一个例子，在第一气体喷嘴111和第二气体喷嘴112之间选择性地引导氧化剂流82可以包括选择性地将氧化剂流82的一部分引导到第一气体喷嘴111，如箭头82A所示，并且将氧化剂流82的一部分引导至第二气体喷嘴112，如箭头82B所示。

选择性地引导氧化剂流82,82A，82B的部分可以包括减少氧化剂流82的第一部分(例如，氧化剂流82A)和增加氧化剂流82的第二部分(例如，氧化剂流82B)。选择性地引导氧化剂流82，82A，82B的部分可以进一步包括增加氧化剂流82的第一部分(例如，氧化剂流82A)和减少氧化剂流82的第二部分(例如，氧化剂流82B)。

仍然参考方法1000，使气体(例如，第一气体流101)流动以产生第一流体壁(例如，第一流体壁131)的RDC系统100和发动机10处于第一发动机条件中的一个或多个。此外，使气体(例如，第二气体流102)流动以产生第二流体壁(例如，第二流体壁112)处于不同于第一发动机条件的第二发动机条件中的一个或多个。在各种实施例中，每个发动机条件限定爆轰室115上游的氧化剂81,82的压力，温度或流速中的一个或多个(例如，在图1中的入口部分20处，在图2和图4中一个或多个喷嘴110,120等的会聚部分129处)，或者提供给爆轰室115的燃料83的压力，温度或流速中的一个或多个，或其组合。例如，发动机条件可对应于启动或低动力条件(例如，从零推力或动力到最小稳态燃料和氧化剂流动条件)，高动力条件(例如，最大推力或动力输出，或最大燃料和/或氧化剂流动条件)，或低动力条件和高动力条件之间的一个或多个中动力条件。

在各种实施例中，进一步基于发动机条件，氧化剂流82被选择性地引导到对应于期望宽度135，或者可选地，期望的第一半径116或第二半径117的第一气体喷嘴111或第二气体喷嘴112(图9)。

现在参考图4-5，进一步提供了RDC系统100的其他实施例。关于图4-5提供的示例性实施例通常包括关于图1-3示出和描述的元件或构造。关于图4-5，RDC系统100的气体喷嘴110可以进一步限定在爆轰室115的上游限定的第一气体喷嘴111。第一气体喷嘴111沿至少部分地沿纵向方向L的第一方向(例如，朝向下游端98)提供第一气体流101。气体喷嘴110还沿纵向方向L限定了在第一气体喷嘴111的下游限定的相对的第一气体喷嘴111A。在一个实施例中，相对的第一气体喷嘴111A设置在爆轰室115的下游。相对的第一气体喷嘴111A沿至少部分地沿纵向方向L的与第一方向相反的第二方向(例如，朝向上游端99)提供相对的第一气体流101A。第一气体喷嘴111和相对的第一气体喷嘴111A可以基本上沿着纵向方向L一起限定流体壁130。在各种实施例中，第一气体喷嘴111和相对的第一气体喷嘴111A设置在大致相同的第一半径116处并且沿着纵向方向L分开。

现在参照图5，RDC系统100的示例性实施例还可包括第二气体喷嘴112，第二气体喷嘴112相对于燃烧中心平面13沿第一气体喷嘴111的径向方向R向外设置。第二气体喷嘴112沿至少部分地沿纵向方向L的第一方向(例如，朝向下游端98)提供第二气体流102。气体喷嘴110还沿着纵向方向L限定了在第二气体喷嘴112的下游限定的相对的第二气体喷嘴112A。在一个实施例中，相对的第二气体喷嘴112A设置在爆轰室115的下游。相对的第二气体喷嘴112A沿着至少部分地沿着纵向方向L的与第一方向相反的第二方向(例如，朝向上游端99)提供相对的第二气体流102A。第二气体喷嘴112和相对的第二气体喷嘴112A可以基本上沿着纵向方向L一起限定流体壁130，例如如第二流体壁132一样。在各种实施例中，第二气体喷嘴112和相对的第二气体喷嘴112A设置在大致相同的第二半径117处并且沿着纵向方向L分开。由气体流102,102A限定的第二流体壁132通常可沿第一流体壁131的相对于燃烧中心平面13的径向方向R向外限定，第一流体壁131由来自第一气体喷嘴111和相对的第一气体喷嘴111A的气体流101,101A限定。

返回参考图10，结合图4-5，方法1000在1010处还可以包括：在1013处，使气体从爆轰室上游的会聚-扩散喷嘴(例如，第一气体喷嘴111，第二气体喷嘴112)沿着至少部分地沿着纵向方向的第一方向流动；在1015处，使气体从爆轰室下游的会聚-扩散喷嘴(例如，相对的第一气体喷嘴111A，相对的第二气体喷嘴112A)沿着至少部分地沿着纵向方向的与第一方向相反的第二方向流动。在一个实施例中，方法1000在1013和1015处可以进一步包括使来自爆轰室下游的会聚-扩散喷嘴的气体沿第二方向流动是至少部分地沿着大致等于爆轰室的上游的会聚-发散喷嘴的径向平面的径向平面。

现在参考图6-8，大体提供根据关于图1-5示出和描述的各种实施例的RDC系统100的示例性周向视图。在各种实施例中，燃料-氧化剂喷嘴120可以围绕发动机中心线12环形地限定，例如通常关于图6提供的。例如，燃料-氧化剂喷嘴120的喉部125围绕发动机中心线12环形地限定。

在其他各种实施例中，例如大体关于图6-7提供的，气体喷嘴110可以围绕发动机中心线12环形地限定。气体喷嘴110的喉部125围绕发动机中心线12环形地限定。

在另外的各种实施例中，例如大体关于图7-8提供的，RDC系统100限定了沿周向方向C以相邻布置设置的多个燃料-氧化剂喷嘴120。例如，每个燃料-氧化剂喷嘴120的喉部125在每个燃料-氧化剂喷嘴120内大致同心地限定，例如围绕延伸通过燃料-氧化剂喷嘴120的燃烧中心平面13。

在另外的各种实施例中，诸如大体关于图8提供的，RDC系统100限定沿周向方向C以相邻布置设置的多个气体喷嘴110。例如，每个气体喷嘴110的喉部125在每个气体喷嘴110内大致同心地限定，例如围绕延伸通过气体喷嘴110的燃烧器中心线13。

尽管RDC系统100描述了第一气体喷嘴111和第二气体喷嘴112，第一气体喷嘴111和第二气体喷嘴112每个分别设置在第一半径116和第二半径117处，并且每个分别产生相应的第一流体壁131和第二流体壁132，但是应当理解，RDC系统100可以包括沿径向方向R相邻布置的多个气体喷嘴110，以便限定第三气体喷嘴，第四气体喷嘴等到第N个气体喷嘴，每个气体喷嘴分别设置在第三半径，第四半径等至第N半径处，每个产生相应的第三流体壁，第四流体壁等到第N流体壁。在各种实施例中，基于发动机10的期望发动机条件，可设置气体喷嘴110的多个半径至少部分地对应于爆轰室115的期望量的爆轰胞格或宽度135。

本文示出和描述的发动机10和RDC系统100的实施例，或者本文示出和描述的其的部分或元件可以是单个整体部件的一部分，并且可以由本领域技术人员公知的任何数量的处理制造。这些制造处理包括但不限于称为“增材制造”或“3D打印”的制造处理。附加地或替代地，可以使用任何数量的锻造，铸造，机加工，焊接，钎焊或烧结处理或其任何组合来构造发动机10或RDC系统100以及本文所示和所述的元件。此外，发动机10或RDC系统100可以构成一个或多个单独部件，该一个或多个单独部件机械地联接(例如，通过使用螺栓，螺母，铆钉或螺钉，或焊接或钎焊处理，或其组合)或者定位在空间中以实现基本相似的几何结果，就像制造或组装成一个或多个部件一样。合适材料的非限制性实例包括镍和钴基材料和合金，铁或钢基材料和合金，钛基材料和合金，铝基材料和合金，复合材料，或其组合。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

本发明的各种特征，方面和优点也可以体现在以下条项中描述的各种技术方案中，这些方案可以以任何组合方式组合：

1.一种旋转爆轰燃烧(RDC)系统，其特征在于，所述RDC系统包括：

气体喷嘴，所述气体喷嘴限定第一会聚-扩散喷嘴，所述第一会聚-扩散喷嘴至少部分地沿纵向方向提供气体流，其中所述气体流限定至少部分地沿着所述纵向方向被限定的流体壁，并且其中所述流体壁限定相对于燃烧中心平面径向向内的爆轰室；

燃料-氧化剂喷嘴，所述燃料-氧化剂喷嘴限定第二会聚-扩散喷嘴，所述第二会聚-扩散喷嘴向所述爆轰室提供燃料-氧化剂混合物流，其中所述燃料-氧化剂喷嘴相对于所述燃烧中心平面被限定在所述气体喷嘴的径向内侧并且在所述爆轰室的上游。

2.根据条项1所述的RDC系统，其特征在于，其中由所述气体喷嘴提供的所述气体流沿着所述纵向方向限定惰性气体流，所述惰性气体流限定所述爆轰室。

3.根据条项1所述的RDC系统，其特征在于，其中所述气体喷嘴围绕所述燃烧中心平面被环形地限定。

4.根据条项1所述的RDC系统，其特征在于，其中所述燃料-氧化剂喷嘴围绕所述燃烧中心平面被环形地限定。

5.根据条项1所述的RDC系统，其特征在于，其中所述RDC系统包括多个所述燃料-氧化剂喷嘴，多个所述燃料-氧化剂喷嘴围绕所述燃烧中心平面绕着周向方向以相邻布置被设置。

6.根据条项1所述的RDC系统，其特征在于，其中所述RDC系统包括多个所述气体喷嘴，多个所述气体喷嘴围绕所述燃烧中心平面绕着周向方向以相邻布置被设置。

7.根据条项1所述的RDC系统，其特征在于，其中所述RDC系统包括：

第一气体喷嘴，所述第一气体喷嘴被限定在所述爆轰室的上游，至少部分地沿着第一方向提供第一气体流；和

相对的第一气体喷嘴，所述相对的第一气体喷嘴被限定在所述第一气体喷嘴的下游，沿着至少部分地沿着所述纵向方向的与所述第一方向相反的第二方向提供相对的第一气体流。

8.根据条项1所述的RDC系统，其特征在于，其中所述RDC系统包括：

第一气体喷嘴，所述第一气体喷嘴在第一半径处从所述燃烧中心平面至少部分地沿着所述纵向方向提供第一气体流，以限定第一流体壁；和

第二气体喷嘴，所述第二气体喷嘴在距所述燃烧中心平面第二半径处至少部分地沿着所述纵向方向提供第二气体流，以限定第二流体壁，所述第二半径不同于所述第一半径。

9.根据条项8所述的RDC系统，其特征在于，其中所述第一气体喷嘴被限定在所述第一半径处，并且所述第二气体喷嘴被限定在所述第二半径处，并且其中所述第一气体喷嘴和所述第二气体喷嘴中的每一个相对于所述燃烧中心平面被限定在所述燃料-氧化剂喷嘴的径向外侧。

10.根据条项9所述的RDC系统，其特征在于，其中所述第一流体壁限定所述爆轰室的第一半径，并且所述第二流体壁限定所述爆轰室的第二半径，所述第二半径不同于所述第一半径。

11.一种用于操作旋转爆轰燃烧(RDC)系统的方法，其特征在于，所述方法包括：

使气体至少部分地沿着纵向方向流动，以沿所述纵向方向限定流体壁；

使燃料-氧化剂混合物相对于燃烧中心平面在所述流体壁的径向内侧沿着所述纵向方向流入所述爆轰室；和

在所述爆轰室处点燃所述燃料-氧化剂混合物，以相对于所述燃烧中心平面在所述流体壁的径向内侧产生爆轰波。

12.根据条项11所述的方法，其特征在于，其中使所述气体流动是沿着所述爆轰室内的爆轰室壁。

13.根据条项12所述的方法，其特征在于，其中使所述气体至少部分地沿着所述纵向方向流动进一步包括：

使所述气体从所述爆轰室上游的会聚-扩散喷嘴沿着至少部分地沿着所述纵向方向的第一方向流动。

14.根据条项13所述的方法，其特征在于，其中使所述气体至少部分地沿着所述纵向方向流动进一步包括：

使所述气体从所述爆轰室下游的会聚-扩散喷嘴沿着至少部分地沿着所述纵向方向的与所述第一方向相反的第二方向流动。

15.根据条项11所述的方法，其特征在于，进一步包括：

在第一半径或第二半径处经由所述气体流调整所述爆轰室的半径。

16.根据条项15所述的方法，其特征在于，其中通过所述气体流调整所述半径包括选择性地在所述第一半径处的第一气体喷嘴和所述第二半径处的第二气体喷嘴之间引导所述气体流。

17.根据条项12所述的方法，其特征在于，其中使气体至少部分地沿着纵向方向流动以限定流体壁进一步包括：

使所述气体在距所述燃烧中心平面的第一半径处至少部分地沿着所述纵向方向流动，以产生第一流体壁；和

使所述气体在距所述燃烧中心平面的第二半径处至少部分地沿着所述纵向方向流动，以产生第二流体壁，所述第二半径不同于所述第一半径。

18.根据条项17所述的方法，其特征在于，其中使所述气体流动以产生所述第一流体壁处于一个或多个第一发动机条件，并且其中使所述气体流动以产生所述第二流体壁处于不同于所述第一发动机条件的一个或多个第二发动机条件。

19.根据条项18所述的方法，其特征在于，其中每个发动机条件限定所述爆轰室上游的气体的压力、温度或流速中的一个或多个，或所述爆轰室上游的燃料的压力、温度或流速中的一个或多个，或其组合。

20.根据条项17所述的方法，其特征在于，其中使所述气体在所述第一半径处流动以产生所述第一流体壁限定所述爆轰室的第一半径，不同于使所述气体在所述第二半径处流动以产生所述第二流体壁，所述第二流体壁限定与所述第一半径不同的所述爆轰室的第二半径。

Claims (10)

1.一种旋转爆轰燃烧(RDC)系统，其特征在于，所述RDC系统包括：

气体喷嘴，所述气体喷嘴限定第一会聚-扩散喷嘴，所述第一会聚-扩散喷嘴至少部分地沿纵向方向提供气体流，其中所述气体流限定至少部分地沿着所述纵向方向被限定的流体壁，并且其中所述流体壁限定相对于燃烧中心平面径向向内的爆轰室；

燃料-氧化剂喷嘴，所述燃料-氧化剂喷嘴限定第二会聚-扩散喷嘴，所述第二会聚-扩散喷嘴向所述爆轰室提供燃料-氧化剂混合物流，其中所述燃料-氧化剂喷嘴相对于所述燃烧中心平面被限定在所述气体喷嘴的径向内侧并且在所述爆轰室的上游。

2.根据权利要求1所述的RDC系统，其特征在于，其中由所述气体喷嘴提供的所述气体流沿着所述纵向方向限定惰性气体流，所述惰性气体流限定所述爆轰室。

3.根据权利要求1所述的RDC系统，其特征在于，其中所述气体喷嘴围绕所述燃烧中心平面被环形地限定。

4.根据权利要求1所述的RDC系统，其特征在于，其中所述燃料-氧化剂喷嘴围绕所述燃烧中心平面被环形地限定。

5.根据权利要求1所述的RDC系统，其特征在于，其中所述RDC系统包括多个所述燃料-氧化剂喷嘴，多个所述燃料-氧化剂喷嘴围绕所述燃烧中心平面绕着周向方向以相邻布置被设置。

6.根据权利要求1所述的RDC系统，其特征在于，其中所述RDC系统包括多个所述气体喷嘴，多个所述气体喷嘴围绕所述燃烧中心平面绕着周向方向以相邻布置被设置。

7.根据权利要求1所述的RDC系统，其特征在于，其中所述RDC系统包括：

第一气体喷嘴，所述第一气体喷嘴被限定在所述爆轰室的上游，至少部分地沿着第一方向提供第一气体流；和

相对的第一气体喷嘴，所述相对的第一气体喷嘴被限定在所述第一气体喷嘴的下游，沿着至少部分地沿着所述纵向方向的与所述第一方向相反的第二方向提供相对的第一气体流。

8.根据权利要求1所述的RDC系统，其特征在于，其中所述RDC系统包括：

第一气体喷嘴，所述第一气体喷嘴在第一半径处从所述燃烧中心平面至少部分地沿着所述纵向方向提供第一气体流，以限定第一流体壁；和

第二气体喷嘴，所述第二气体喷嘴在距所述燃烧中心平面第二半径处至少部分地沿着所述纵向方向提供第二气体流，以限定第二流体壁，所述第二半径不同于所述第一半径。

9.根据权利要求8所述的RDC系统，其特征在于，其中所述第一气体喷嘴被限定在所述第一半径处，并且所述第二气体喷嘴被限定在所述第二半径处，并且其中所述第一气体喷嘴和所述第二气体喷嘴中的每一个相对于所述燃烧中心平面被限定在所述燃料-氧化剂喷嘴的径向外侧。

10.根据权利要求9所述的RDC系统，其特征在于，其中所述第一流体壁限定所述爆轰室的第一半径，并且所述第二流体壁限定所述爆轰室的第二半径，所述第二半径不同于所述第一半径。