一種脈沖爆震轉子發動機的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種脈沖爆震轉子發動機，包括燃料霧化混合裝置；混合燃氣配氣裝置；爆震發生裝置；爆震波能量輸出裝置；燃料霧化混合裝置主要包括超聲波液體霧化器、電磁氣閥、進氣喉管、熱交換燃氣混合腔，燃料霧化后通過電磁氣閥進入進氣喉管與空氣混合并在熱交換燃氣混合腔混勻。混合燃氣配氣裝置主要為兩個共軸的特制三通閥，該三通閥能夠保證左右兩個爆震腔及連接爆震腔的預爆管進氣孔輪流進氣，爆震波能量輸出裝置主要為一個氣動機裝置，能將爆震波的能量轉化為氣動機轉軸轉動的機械能。本發明的脈沖爆震轉子發動機可以形成穩定傳播的爆震波，并將爆震波的能量轉化為轉軸轉動的機械能，使其成為一種可廣泛應用的原動機。
【專利說明】
一種脈沖爆震轉子發動機
技術領域
[0001 ]本發明屬于發動機技術領域，尤其涉及一種脈沖爆震轉子發動機。
【背景技術】
[0002]脈沖爆震發動機是一種基于爆震燃燒的新概念發動機，其利用爆震波產生推力做功，爆震發動機結構簡單，自重輕，熱效率高，相對其他等壓燃燒發動機以等容燃燒工作的脈沖爆震發動機效率可達47% (定壓燃燒熱效率為27% )，因此在無人機、導彈等領域有很好的應用前景。
[0003]國內外對脈沖爆震發動機進行了大量研究，美國NASA、AMES等研究中心也提出了單管電磁閥控制爆震發動機，國內的西北工業大學、南京航空航天大學等單位也進行了脈沖爆震發動機的基礎研究工作。但目前對于脈沖爆震發動機的研究主要集中在利用爆震波產生推力，作為航空航天飛行器的推進裝置，如2015年I月7日公布的中國專利申請公布號為CN104265506 A的專利文獻公開了一種脈沖爆震發動機。將爆震波的推力轉換為轉軸旋轉機械能的研究較少，通常的解決辦法是在爆震管的出口加裝渦輪，以爆震燃燒波驅動渦輪，如2009年I月7日公布的中國專利申請號為CN101338702A的專利文獻公開的一種脈沖爆震轉子軸發動機，但該設計仍有一些缺陷，如爆震循環易受渦輪影響，進而影響爆震波的產生，此外該設計還面臨爆震波功率提取困難、燃料均勻霧化困難、難以產生穩定持續的爆震波、爆震腔排清廢氣困難等不利因素。

【發明內容】

[0004]本發明是為了克服上述現有技術中的缺陷，提供提供一種脈沖爆震轉子發動機，能形成穩定的爆震波并將爆震波的能量平穩轉化轉軸轉動的機械能;其爆震腔爆震波的形成不依賴高能點火裝置，不需復雜的霧化裝置即能將燃料和空氣混合均勻;在無外加壓氣機的前提下，自行完成吸氣排氣的做功過程，且能將已燃燒廢氣和新進入的混合燃氣隔離開來。
[0005]為了達到以上目的，本發明所采用的技術方案是:一種脈沖爆震轉子發動機，包括燃料霧化混合裝置、混合燃氣配氣裝置，爆震發生裝置和爆震波能量輸出裝置;所述燃料霧化混合裝置包括至少兩個空氣過濾裝置和至少兩個進氣喉管；空氣過濾裝置安裝在進氣喉管前端，用于過濾進入進氣喉管的空氣;相鄰的進氣喉管之間連接有電磁氣閥；電磁氣閥下端連接有超聲波液體霧化器；電磁閥設置在超聲波液體霧化器和進氣喉管之間，以控制霧化燃料進入進氣喉管;進氣喉管的下端連接有熱交換燃氣混合腔;熱交換燃氣混合腔下端與混合燃氣配氣裝置相配合連接。
[0006]作為本發明的一種優選方案，所述混合燃氣配氣裝置包括三通閥套和三通閥芯；三通閥套上連接有預爆管、爆震腔、導氣管;三通閥芯上連接有步進馬達;步進馬達帶動三通閥芯轉動。
[0007]作為本發明的一種優選方案，所述三通閥套的下端從左到右依次布設有預爆管進氣孔、進氣孔和爆震腔出氣孔;該預爆管進氣孔、進氣孔和爆震腔出氣孔分別連接預爆管、連接導氣管和爆震腔;該預爆管進氣孔、進氣孔和爆震腔出氣孔分別由三通閥芯轉動不同位置控制其開啟和閉合。
[0008]作為本發明的一種優選方案，所述三通閥套的上端對應的三個孔分別為預爆管氣孔、導氣管氣孔和爆震腔氣孔;與此相對應的，所述三通閥芯上布設有與三通閥套的上端三個孔相對應的兩個水平腰鼓型氣孔和一個垂直腰鼓型氣孔;步進馬達帶動三通閥芯轉動，使得水平腰鼓型氣孔和垂直腰鼓型氣孔貫通和閉合。
[0009]作為本發明的一種優選方案，所述三通閥芯安裝有與水平腰鼓型氣孔和一個垂直腰鼓型氣孔相對應的密封環，用于保證充分潤滑條件下三通閥套的氣密性。
[0010]作為本發明的一種優選方案，所述預爆管氣孔和導氣管氣孔所對應的兩個水平腰鼓型氣孔位置形狀相同；三通閥套上的預爆管氣孔開孔與三通閥芯接觸的位置與三通閥芯圓心呈30度角。
[0011 ]作為本發明的一種優選方案，所述爆震發生裝置，包括火花塞、預爆管、爆震腔和導氣管;預爆管一端連接三通閥套上的預爆管進氣孔上，火花塞安裝在預爆管進氣孔與預爆管內的連接處，預爆管的另一端連接在爆震腔底端;導氣管連接三通閥套上的進氣孔;導氣管長度靠近爆震腔的底端與預爆管和爆震腔的連接的位置水平。
[0012]作為本發明的一種優選方案，所述預爆管的長徑比大于8。
[0013]作為本發明的一種優選方案，所述爆震波能量輸出裝置，包括氣動機葉輪和轉軸；氣動機葉輪安裝在轉軸上，將爆震波的能量轉化成轉軸轉動的機械能。
[0014]本發明的有益效果是:通過特殊設計的六位三通閥將各個物理過程分離，混合燃氣在進入預爆管和爆震腔之前就霧化混合均勻，避免了燃氣混合不勻的情況。另外在小口徑預爆管用電火花點火，在預爆管另一端出口產生小規模爆震波，利用該爆震波引爆爆震腔內的混合燃氣，產生大規模的爆震波，使得本發動機不依賴高能點火系統，能夠產生穩定的爆震波。且由于爆震波產生后爆震腔內維持一定時間的密閉狀態再打開出氣孔，使高溫高壓的燃氣噴出爆震腔，推動氣動機工作，這有利于爆震波功率的均勻輸出和功率提取。
[0015]另外，本發明獨特設計的六位三通閥以及導氣管，能夠在閥芯轉動180度的過程中實現爆震腔和預爆管內混合燃氣的進入、爆震高溫氣體的排出、新鮮空氣的進入及混合燃氣的進入，從而維持爆震發動機的順利運轉;使其在無外加壓氣機的前提下，自行完成吸氣排氣的做功過程，且能將已燃燒廢氣和新進入的混合燃氣隔離開來。
[0016]本發明使用兩個同軸氣動機，將爆震腔內高溫氣體的能量轉化為轉軸轉動的機械能，當一側爆震腔做功推動轉軸轉動時，另一側爆震腔能進行排氣和吸氣過程，兩個爆震腔間歇輪流發生爆震，從而有利于發動機的平穩運轉和爆震波功率提取。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明實施例的結構示意圖。
[0018]圖2為本發明實施例六位三通配氣閥的工作原理圖。
[0019]圖3為本發明實施例六位三通配氣閥的結構示意圖。
[0020]圖4為本發明實施例左側爆震腔工作的結構示意圖。
[0021 ]圖5為本發明實施例右側爆震腔工作的結構示意圖。
[0022]圖中附圖標記:空氣過濾裝置I，進氣喉管2，電磁氣閥3，超聲波液體霧化器4，熱交換燃氣混合腔5，轉軸6，氣動機葉輪7，三通閥芯8，火花塞9，預爆管10，爆震腔11，導氣管12，步進馬達13，三通閥套14，新鮮空氣15，凈化空氣16，燃料蒸汽17，燃氣18，爆震波20，預爆管氣孔21，導氣管氣孔22，爆震腔氣孔23，水平腰鼓型氣孔24，垂直腰鼓型氣孔25，預爆管進氣孔26，進氣孔27，爆震腔出氣孔28，密封環29。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明實施例作詳細說明。
[0024]實施例:如圖1所示，本實施例公開了一種脈沖爆震轉子發動機，包括燃料霧化混合裝置，混合燃氣配氣裝置，爆震發生裝置，爆震波能量輸出裝置，燃料霧化混合裝置由空氣過濾裝置1、進氣喉管2、電磁氣閥3、超聲波液體霧化器4、熱交換燃氣混合腔5構成，超聲波液體霧化器4連接一個兩位兩通電磁氣閥3，電磁氣閥3出氣孔分別連接左右兩個進氣喉管2，控制霧化后的燃料進入輪流間歇進入兩個熱交換燃氣混合腔5。進入燃氣混合腔的混合燃氣受熱加速對流和分子運動，燃氣在混合腔內混合均勻。
[0025]如圖2所示，所述的混合燃氣配氣裝置由三通閥芯8、三通閥套14、預爆管10、爆震腔11、導氣管12以及連接三通閥芯8的步進馬達13等構成，
[0026]三通閥芯8呈圓柱形狀，在三通閥芯8上從左往右鉆三個不同開孔位置的腰鼓型氣孔裝置，該腰鼓型氣孔裝置包括兩個水平腰鼓型氣孔24和一個垂直腰鼓型氣孔25;
[0027]預爆管氣孔21和導氣管氣孔22對應的兩個水平腰鼓型氣孔24均為水平貫穿腰鼓形氣孔，而爆震腔氣孔23對應的垂直腰鼓型氣孔25為垂直貫穿腰鼓形氣孔。兩個水平腰鼓型氣孔24和垂直腰鼓型氣孔25附近的三通閥閥芯8均安裝有密封環29，通過密封環29以保證充分潤滑條件下配氣閥的氣密性。
[0028]混合燃氣配氣裝置默認三通閥芯8的初始位置為水平腰鼓形氣孔24沿軸心水平，垂直腰鼓形氣孔25沿軸心垂直，此時垂直腰鼓形氣孔25貫通，兩個水平腰鼓形氣孔24閉合；氣缸內的高溫高壓氣體噴出后，當步進馬達13帶動三通閥芯8沿順時針轉過一個小角度時，此時兩個水平腰鼓型氣孔24和一個垂直腰鼓型氣孔25均貫通，爆震腔11和預爆管10內的廢氣在負壓的作用在排出發動機;緊接著混合好的燃氣進入爆震腔11和預爆管10內，由于導氣管的分隔作用，新進入的混合燃氣和空氣隔絕開來;三通閥芯8再轉過一個小角度，此時兩個水平腰鼓型氣孔24和一個垂直腰鼓型氣孔25均閉合，火花塞9在預爆管10點火后，在預爆管10另一頭產生小規模爆震波，該波促使爆震腔11發生大規模的爆震;爆震發生后，三通閥芯8再轉過一個小角度，此時垂直腰鼓形氣孔25，兩個水平腰鼓型氣孔24閉合，三通閥芯8到了初始工作狀態，隨著閥芯轉動繼而發動機進行下一個做功過程。
[0029]如圖3所示，為六位三通閥詳細示意圖，預爆管氣孔21和導氣管氣孔22對應的兩個水平腰鼓型氣孔24位置形狀尺寸均相同，為此只描述預爆管氣孔21對應的水平腰鼓型氣孔24，三通閥套14上的預爆管氣孔21開孔與三通閥芯8接觸的位置與三通閥芯8圓心呈30度角，而三通閥芯8在該位置的水平腰鼓型氣孔24為沿軸心在閥芯打一個水平貫穿孔，且閥芯接觸的位置與三通閥芯8圓心也呈30度角，在此接觸位置沿順時針左上端和右下端均順時針擴大開孔15度角，形成垂直腰鼓形氣孔25;而爆震腔氣孔23對應的垂直腰鼓形氣孔25相當于沿爆震腔氣孔23打一個同直徑的垂直貫穿孔，在此基礎上沿順時針，左上端和右下端分別逆時針擴大開孔15度角。垂直腰鼓形氣孔25和腰鼓型氣孔24同軸沿順時針相差90度。
[0030]如圖4所示，脈沖爆震轉子發動機工作例，新鮮空氣15由空氣過濾裝置I進入熱交換燃氣混合腔5，排清左爆震腔11和預爆管10內廢氣后，電磁氣閥3左端開啟，燃料蒸汽17隨新鮮空氣15進入熱交換燃氣混合腔5并混勻，緊接著，兩個腰鼓形氣孔24及腰鼓形氣孔25貫通，混合燃氣進入爆震腔11和預爆管10，再接著隨著三通閥閥芯8的轉動，兩個腰鼓形氣孔24和腰鼓形氣孔25均閉合，此時發動機左爆震腔內用火花塞9在預爆管10點火后，在預爆管另一頭產生小規模爆震波，該波促使爆震腔發生大規模的爆震波20。緊接著左三通閥閥芯
(8)轉到預爆管氣孔21和導氣管氣孔22閉合爆震腔氣孔23貫通位置，爆震波20由爆震腔氣孔23高速噴出推動左氣動機葉輪7高速轉動，將爆震波的能量轉化為轉軸6轉動的機械能，且在此時由于右氣動機與左氣動機同軸，且右三通閥芯8轉到預爆管氣孔21、導氣管氣孔22和爆震腔氣孔23均貫通位置，在高速轉軸轉動帶動下右氣動機產生負壓，先是凈化空氣16進入爆震腔和預爆管，排清其中的廢氣，再是混合好的燃氣18在負壓下進入爆震腔和預爆管。
[0031 ]如圖5所示，為脈沖爆震轉子發動機工作例，由于步進馬達帶動三通閥閥芯轉動，混合燃氣充滿右爆震腔及預爆管時，右火花塞9點火，繼而在爆震腔產生爆震燃燒，生成爆震波20，此時左爆震腔則進行吸氣排氣過程。同樣的右爆震腔內爆震波20由爆震腔氣孔23高速噴出推動左氣動機葉輪7高速轉動，將爆震波的能量轉化為轉軸6轉動的機械能，轉軸轉動的機械能一部分輸出，一部分帶動左爆震腔的排氣吸氣過程。
[0032]本發明的工作原理為:混合燃氣配氣裝置:兩個特殊設計的共軸三位六通配氣閥及帶動閥芯轉動的步進馬達13;三通閥套14的上端對應的三個孔分別為預爆管氣孔21、導氣管氣孔22和爆震腔氣孔23;與此相對應的，三通閥芯8上布設有與三通閥套14的上端三個孔相對應的兩個水平腰鼓型氣孔24和一個垂直腰鼓型氣孔25;步進馬達13帶動三通閥芯8轉動，使得水平腰鼓型氣孔24和垂直腰鼓型氣孔25貫通和閉合。
[0033]隨著三通閥芯8轉動，能保證配氣閥先是打開爆震腔氣孔23，閉合預爆管氣孔21和導氣管氣孔22，完成排氣;再打開所對應的預爆管氣孔21、導氣管氣孔22和爆震腔氣孔23，完成吸氣;緊接著關閉所對應的預爆管氣孔21、導氣管氣孔22和爆震腔氣孔23，發生爆震，最后關閉預爆管氣孔21和導氣管氣孔22并打開爆震腔氣孔23排氣;從而順利完成吸氣、燃燒、排氣的做功過程。爆震發生裝置:主要由預爆管10和爆震腔11組成，預爆管10長徑比大于8，且在預爆管10與配氣閥連接處安裝電火花塞9，預爆管10另一端連接在爆震腔11底部，火花塞9在預爆管10點火后產生小規模爆震波，該爆震波引發爆震腔11產生大規模的爆震；爆震波能量輸出裝置:兩個共軸的氣動機裝置，當一側爆震腔做功推動轉軸轉動時，另一側爆震腔能進行排氣和吸氣過程，兩個爆震腔輪流發生爆震和吸氣排氣過程，將爆震波的能量轉化為氣動機轉軸轉動的機械能。
[0034]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現；因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
[0035]盡管本文較多地使用了圖中附圖標記:空氣過濾裝置1，進氣喉管2，電磁氣閥3，超聲波液體霧化器4，熱交換燃氣混合腔5，轉軸6，氣動機葉輪7，三通閥芯8，火花塞9，預爆管10，爆震腔11，導氣管12，步進馬達13，三通閥套14，新鮮空氣15，凈化空氣16，燃料蒸汽17，燃氣18，爆震波20，預爆管氣孔21，導氣管氣孔22，爆震腔氣孔23，水平腰鼓型氣孔24，垂直腰鼓型氣孔25，預爆管進氣孔26，進氣孔27，爆震腔出氣孔28，密封環29等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質;把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。
【主權項】
1.一種脈沖爆震轉子發動機，其特征在于:包括燃料霧化混合裝置、混合燃氣配氣裝置，爆震發生裝置和爆震波能量輸出裝置;所述燃料霧化混合裝置包括至少兩個空氣過濾裝置(I)和至少兩個進氣喉管(2);空氣過濾裝置(I)安裝在進氣喉管(2)前端，用于過濾進入進氣喉管(2)的空氣;相鄰的進氣喉管(2)之間連接有電磁氣閥(3);電磁氣閥(3)下端連接有超聲波液體霧化器(4);電磁閥(3)設置在超聲波液體霧化器(4)和進氣喉管(2)之間，以控制霧化燃料進入進氣喉管(2)；進氣喉管(2)的下端連接有熱交換燃氣混合腔(5);熱交換燃氣混合腔(5)下端與混合燃氣配氣裝置相配合連接。2.根據權利要求1所述的一種脈沖爆震轉子發動機，其特征在于:所述混合燃氣配氣裝置包括三通閥套(14)和三通閥芯(8);三通閥套(14)上連接有預爆管(10)、爆震腔(11)、導氣管(12);三通閥芯(8)上連接有步進馬達(13);步進馬達(13)帶動三通閥芯(8)轉動。3.根據權利要求2所述的一種脈沖爆震轉子發動機，其特征在于:所述三通閥套(14)的下端從左到右依次布設有預爆管進氣孔(26)、進氣孔(27)和爆震腔出氣孔(28);該預爆管進氣孔(26)、進氣孔(27)和爆震腔出氣孔(28)分別連接預爆管(10)、連接導氣管(12)和爆震腔(11);該預爆管進氣孔(26)、進氣孔(27)和爆震腔出氣孔(28)分別由三通閥芯(8)轉動不同位置控制其開啟和閉合。4.根據權利要求2所述的一種脈沖爆震轉子發動機，其特征在于:所述三通閥套(14)的上端對應的三個孔分別為預爆管氣孔(21)、導氣管氣孔(22)和爆震腔氣孔(23);與此相對應的，所述三通閥芯(8)上布設有與三通閥套(14)的上端三個孔相對應的兩個水平腰鼓型氣孔(24)和一個垂直腰鼓型氣孔(25);步進馬達(13)帶動三通閥芯(8)轉動，使得水平腰鼓型氣孔(24)和垂直腰鼓型氣孔(25)貫通和閉合。5.根據權利要求4所述的一種脈沖爆震轉子發動機，其特征在于:所述三通閥芯(8)安裝有與水平腰鼓型氣孔(24)和一個垂直腰鼓型氣孔(25)相對應的密封環(29)，用于保證充分潤滑條件下三通閥套(14)的氣密性。6.根據權利要求4所述的一種脈沖爆震轉子發動機，其特征在于:所述預爆管氣孔(21)和導氣管氣孔(22)所對應的兩個水平腰鼓型氣孔(24)位置形狀相同；三通閥套(14)上的預爆管氣孔(21)開孔與三通閥芯(8)接觸的位置與三通閥芯(8)圓心呈30度角。7.根據權利要求1所述的一種脈沖爆震轉子發動機，其特征在于:所述爆震發生裝置，包括火花塞(9)、預爆管(10)、爆震腔(11)和導氣管(12);預爆管(10)—端連接三通閥套(14)上的預爆管進氣孔(26)上，火花塞(9)安裝在預爆管進氣孔(26)與預爆管(10)內的連接處，預爆管(10)的另一端連接在爆震腔(11)底端;導氣管(12)連接三通閥套(14)上的進氣孔(27);導氣管(12)長度靠近爆震腔(11)的底端與預爆管(10)和爆震腔(11)的連接的位置水平。8.根據權利要求2-7之任意所述的一種脈沖爆震轉子發動機，其特征在于:所述預爆管(10)的長徑比大于8。9.根據權利要求1所述的一種脈沖爆震轉子發動機，其特征在于:所述爆震波能量輸出裝置，包括氣動機葉輪(7)和轉軸(6);氣動機葉輪(7)安裝在轉軸(6)上，將爆震波的能量轉化成轉軸(6)轉動的機械能。
【文檔編號】F02C7/00GK105822428SQ201610318086
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月13日
【發明人】呂曉文
【申請人】呂曉文