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CN113757725B - 一种旋转爆震燃烧室模态控制流道构型 - Google Patents

一种旋转爆震燃烧室模态控制流道构型 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种旋转爆震燃烧室模态控制流道构型，其包括内筒、外板及至少一个扇形换向块，外板与内筒之间形成环形腔，外板靠近内筒的一侧开设有至少一个凹槽，凹槽槽壁包括弧边及直边，扇形换向块一一对应匹配在凹槽内，扇形换向块弧形边远离内筒，扇形换向块朝向直边倾斜设置，弧边与扇形换向块的弧形边之间形成换向弧道，扇形换向块靠近直边的侧壁与直边之间形成入口直道；使用本申请的流道构型时，爆震波在环形腔内沿某一方向绕内筒转动，当出现与爆震波绕行方向相反的次波后，次波转动到入口直道时，依次通过入口直道及换向弧道进行换向，换向后的次波与爆震波转动方向相同，有效减少爆震波对撞的情况，从而提高爆震波有效的总压增益。

Description

一种旋转爆震燃烧室模态控制流道构型
技术领域
本申请涉及航空发动机的领域，尤其是涉及一种旋转爆震燃烧室模态控制流道构型。
背景技术
爆震波由一道前导激波及紧跟其后的反应区组成，前导激波压缩反应物使其着火并释放大量能量。爆震燃烧具有单位时间放热强度大、自增压、燃烧效率高及污染物排放低等优点，目前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。
爆震波的模态就是爆震波在燃烧室的转动状态，爆震波理想的模态是一道或多道爆震波在环形燃烧室内沿某一方向转动，但实质上爆震波的模态非常复杂，沿某一方向转动的爆震波运动过程中会衍生反向转动的次波，次波会逐渐演变为强的爆震波，这道爆震波会与原有的爆震波对撞，即双波对撞，对撞现象会导致爆震波有效的总压增益减小。
发明内容
为了提高爆震波的有效总压增益，本申请提供一种旋转爆震燃烧室模态控制流道构型。
本申请提供的一种旋转爆震燃烧室模态控制流道构型采用如下的技术方案：
一种旋转爆震燃烧室模态控制流道构型，包括内筒、外板及至少一个扇形换向块，所述外板套设在所述内筒外部，所述外板与所述内筒之间形成环形腔，所述外板靠近所述内筒的一侧开设有至少一个凹槽，所述凹槽槽壁包括弧边及直边，所述凹槽与所述环形腔连通，所述扇形换向块一一对应匹配在所述凹槽内，所述扇形换向块弧形边远离所述内筒，所述弧边与所述扇形换向块的弧形边弧度匹配，所述扇形换向块朝向所述直边倾斜设置，所述弧边与所述扇形换向块的弧形边之间形成换向弧道，所述扇形换向块靠近所述直边的侧壁与所述直边之间形成入口直道。
通过采用上述技术方案，凹槽的直边及弧边与扇形换向块构成一个类似特斯拉阀的结构，爆震波在环形腔内绕内筒转动，当爆震波衍生出与其转动方向相反的次波后，次波演变的爆震波转动到入口直道时，由于特斯拉阀的单向导通性，次波依次经过入口直道及换向弧道进行换向，换向后的次波与原本爆震波转动方向相同，有效地减少了爆震波的对撞的情况，从而提高爆震波有效的爆震增压。
可选的，所述扇形换向块靠近所述直边的侧壁与所述直边之间的夹角为30°～45°。
通过采用上述技术方案，更好的对次波进行导流，使更多的次波通过入口直道及换向弧道进行换向。
可选的，所述扇形换向块的圆心角为30°～45°。
通过采用上述技术方案，当扇形换向块的圆心角为30°～45°时，入口直道及换向弧道具有更好的换向效果。
综上所述，本申请包括以下有益技术效果：
凹槽的直边及弧边与扇形换向块构成一个类似特斯拉阀的结构，爆震波在环形腔内绕内筒转动，当爆震波衍生出与其转动方向相反的次波后，次波演变的爆震波转动到入口直道时，由于特斯拉阀的单向导通性，次波依次经过入口直道及换向弧道进行换向，换向后的次波与原本爆震波转动方向相同，有效地减少了爆震波的对撞的情况，从而提高爆震波有效的爆震增压。
附图说明
图1是本申请实施例1的旋转爆震燃烧室模态控制流道构型的整体结构示意图；
图2是图1加上爆震波及次波运动方向的整体结构示意图；
图3是本申请实施例2的旋转爆震燃烧室模态控制流道构型的整体结构示意图。
附图标记说明：1、内筒；2、外板；3、扇形换向块；4、环形腔；5、凹槽；51、弧边；52、直边；6、换向弧道；7、入口直道。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
爆震波理想模态是一道爆震波或多道爆震波沿同一方向在环形燃烧室内传播，但实际上爆震波的模态非常复杂且难以控制，爆震波传播过程中会衍生出反向转动的次波，次波在环形燃烧室内传播的过程中会逐渐增强，并与原本反向传播的爆震波对撞，即双波对撞，双波一旦对撞，由于对撞点两边都是燃烧产物，双波对撞完成后会分别形成透射激波继续在环形燃烧室内转动，但此时的透射激波已经不是爆震波，也就是说爆震波周向转动一圈，有效的爆震增益并不是整个环。
透射激波透射完成之后激波继续在环形燃烧室内转动，并逐渐演变成新的爆震波，新的爆震波重复原本爆震波的运动过程，即爆震波不断熄灭再发展为新的爆震，起爆和湮灭同时进行，导致有效的爆震增压很少。
本申请实施例公开一种旋转爆震燃烧室模态控制流道构型。
实施例1
如图1所示，旋转爆震燃烧室模态控制流道构型包括内筒1、外板2及至少一个扇形换向块3，外板2套设在内筒1外部，外板2与内筒1之间形成环形腔4，扇形换向块3的圆心角为30°～45°。
如图1、图2所示，外板2靠近内筒1的一侧开设有至少一个凹槽5，凹槽5槽壁包括弧边51及直边52，凹槽5与环形腔4连通，扇形换向块3一一对应匹配在凹槽5内，扇形换向块3弧形边远离内筒1，弧边51与扇形换向块3的弧形边弧度匹配，扇形换向块3朝向直边52倾斜设置，且扇形换向块3靠近直边52的侧壁与直边52之间的夹角为30°～45°，弧边51与扇形换向块3的弧形边之间形成换向弧道6，扇形换向块3靠近直边52的侧壁与直边52之间形成入口直道7。本实施例中，扇形换向块3与凹槽5的个数均为一个。
如图1、图2所示，凹槽5的直边52及弧边51与扇形换向块3构成一个类似特斯拉阀的结构，爆震波在环形腔4内绕内筒转动，当爆震波衍生出与其转动方向相反的次波后，次波演变的爆震波转动到入口直道7时，由于特斯拉阀的单向导通性，次波依次经过入口直道7及换向弧道6进行换向，图中带箭头的实线表示原本爆震波的运动方向，带箭头的虚线表示次波演变的爆震波的运动方向，换向后的次波与原本爆震波转动方向相同，有效地减少了爆震波对撞的情况，从而提高爆震波有效的爆震增压。
本申请实施例1的实施原理为：通过凹槽5的直边52及弧边51与扇形换向块3构成一个类似特斯拉阀的结构，次波演变的爆震波转动到入口直道7处后，沿入口直道7进入换向弧道6，并通过换向弧道6转换方向，使换向后的爆震波与原本爆震波的转动方向相同，减少爆震波对撞的情况，从而提高爆震波有效的爆震增压。
实施例2
参照图3，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中扇形换向块3及凹槽5均为三个，且周向间隔设置在环形腔4外周。
本申请实施例2的实施原理与实施例1相同，且通过增加扇形换向块3及凹槽5的个数，增加了次波演变的爆震波可换向的位置点，图中带箭头的实线表示原本爆震波的运动方向，带箭头的虚线表示次波演变的爆震波的运动方向，进一步减少了反向的爆震波与原本爆震波对撞的情况，从而进一步提高了爆震波有效的爆震增压。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种旋转爆震燃烧室模态控制流道构型，其特征在于：包括内筒（1）、外板（2）及至少一个扇形换向块（3），所述外板（2）套设在所述内筒（1）外部，所述外板（2）与所述内筒（1）之间形成环形腔（4），所述外板（2）靠近所述内筒（1）的一侧开设有至少一个凹槽（5），所述凹槽（5）槽壁包括弧边（51）及直边（52），所述凹槽（5）与所述环形腔（4）连通，所述扇形换向块（3）一一对应匹配在所述凹槽（5）内，所述扇形换向块（3）弧形边远离所述内筒（1），所述弧边（51）与所述扇形换向块（3）的弧形边弧度匹配，所述扇形换向块（3）朝向所述直边（52）倾斜设置，所述弧边（51）与所述扇形换向块（3）的弧形边之间形成换向弧道（6），所述扇形换向块（3）靠近所述直边（52）的侧壁与所述直边（52）之间形成入口直道（7）；当爆震波衍生出与其转动方向相反的次波后，次波依次经过入口直道及换向弧道进行换向，换向后的次波与原本爆震波转动方向相同，有效地减少了爆震波的对撞，同时提高爆震波有效的爆震增压；
所述扇形换向块（3）靠近所述直边（52）的侧壁与所述直边（52）之间的夹角为30°～45°，且扇形换向块（3）的圆心角为30°～45°。
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