一种吸气式发动机等离子体点火系统的制作方法

本发明属于发动机点火技术领域，具体涉及一种吸气式发动机等离子体点火系统。

背景技术：

为了满足宽域、远程、高机动的高速飞行器使用需求，发动机在转级、大机动飞行或工作状态大幅转变时，会受到瞬时或持续的复杂扰动，从而容易造成发动机工作熄火问题，因此需要发动机在大空域范围内具有快速响应、可靠稳定工作以及多次点火的能力。

目前国内外吸气式发动机通常采用烟火点火器、火花塞点火器作为点火装置，其中烟火点火器有点火性能良好，点火延迟时间短的特点，但不能实现发动机的多次点火，而火花塞点火无法满足发动机宽域点火要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种吸气式发动机等离子体点火系统，一方面可在较宽飞行马赫数范围和高度范围下实现发动机可靠点火，同时具有多次点火能力，可使飞行器更好地实现远程、高速、高机动飞行，提高其工作性能和生存能力；另一方面，等离子体点火系统采用发动机的来流空气和燃油进行掺混形成可燃混气，可以有效的实现系统共用，通过点火系统与发动机一体化集成设计，减小了点火系统产品重量和尺寸占用空间；该点火系统具有系统集成度高，点火范围宽，综合性能优的特点。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种吸气式发动机等离子体点火系统，包括：引气管路、供油管路、供电电源及点火器壳体；

所述点火器壳体的出气口与发动机的燃烧室的进气口连接，点火器壳体内设有高压电极和低压电极，高压电极和低压电极均为中空的圆柱，低压电极同轴安装在高压电极外部，高压电极和低压电极之间形成环形空腔；

所述供油管路的两端分别与发动机的供油系统及点火器壳体内的环形空腔相通；供油管路用于将供油系统内的燃油引入点火系统，引入的燃油作为点火系统工作的燃料和电离工质；

所述引气管路的两端分别与发动机的进气道及点火器壳体内的环形空腔相通；引气管路用于将进气道的空气气流引入点火系统，与发动机供油系统引入的燃油在点火器壳体内的环形空腔掺混形成可燃混气，引入的空气气流作为点火系统工作的氧化剂和电离工质；

所述供电电源安装在发动机壳体内，并通过导线分别与点火器壳体内的高压电极和低压电极电性连接；供电电源在发动机的点火控制信号的控制下，用于给高压电极和低压电极提供放电能量输入，高压电极和低压电极之间形成电势差，将点火器壳体内预混的部分可燃混气电离，形成等离子体。

进一步的，所述引气管路为两个，一个引气管路沿低压电极径向将空气气流引入点火器壳体内的环形空腔；另一个引气管路沿高压电极轴向将空气气流引入高压电极的中空部分。

进一步的，所述供油管路为两个，一个供油管路沿低压电极的径向将燃油引入点火器壳体的环形空腔；另一个供油管路沿高压电极的轴向将燃油引入高压电极的中空部分。

有益效果：

(1)本发明由发动机的进气道中引入来流空气，其与供油系统引入的燃油进行掺混形成可燃混气，可燃混气在流过高压电极和低压电极之间形成的环形空腔过程中被电离形成等离子体，等离子体点燃可燃混气后，产生高温燃气并喷入发动机燃烧室的高速气流中点燃发动机，实现了点火系统与发动机高度集成，减化了系统的复杂性，提高了点火系统的实用性；点火系统可长时间工作，可将其能量注入发动机燃烧室拓展发动机工作空域，提高发动机的机动性能，同时通过重复供电及提供燃油和空气，点火系统能够多次起动，有效解决发动机多次起动及机动飞行熄火问题。

(2)本发明的引气管路沿点火器壳体轴向向高压电极的中空部分引入空气气流，由于该空气气流流速高，能够提高可燃混气及可燃混气燃烧后的高温燃气的穿透能力，进而增强点火系统的工作边界。

(3)本发明与火花塞式点火器相比，等离子体点火系统的工作范围宽；点火费效比高40％以上；点火系统的能量可设计性强，可以根据发动机的工作范围、发动机尺寸设计点火系统取气量和燃油流量，从而实现点火系统的能量和能力的设计。

(4)本发明与烟火点火器相比，可实现多次点火，且点火系统的工作时间长，可由传统点火器的“秒级”工作拓展到“分钟级”，由此可实现助燃拓宽发动机边界的功能。

附图说明

图1为本发明的结构组成示意图；

图2为引气管路的结构示意图；

图3为图2的左视图；

其中，1-引气管路，2-供油管路，3-供电电源，4-低压电极，5-高压电极。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种吸气式发动机等离子体点火系统，参见附图1，包括：引气管路1、供油管路2、供电电源3及点火器壳体；

所述点火器壳体的一端开口作为出气口，与发动机的燃烧室的进气口连接，点火器壳体内设有高压电极5、低压电极4及绝缘环，高压电极5和低压电极4均为中空的圆柱，低压电极4同轴安装在高压电极5外部，高压电极5和低压电极4之间形成环形空腔，绝缘环安装在所述环形空腔的一端，实现高压电极5和低压电极4之间绝缘隔离；

所述供油管路2安装在发动机的供油系统与点火器壳体之间,且供油管路2的两端分别与供油系统及高压电极5和低压电极4之间的环形空腔相通；供油管路2用于将供油系统内的燃油引入点火系统，引入的燃油作为点火系统工作的燃料和电离工质；其中，供油管路2为一个或两个，当供油管路2为一个时，供油管路2的一端与供油系统相通，另一端沿低压电极4的径向伸入点火器壳体的环形空腔内，并与其相通；当供油管路2为两个时，其中一个供油管路2沿低压电极4的径向伸入点火器壳体的环形空腔内，并与其相通；另一个供油管路2的一端与供油系统相通，另一端沿高压电极5的轴向伸入高压电极5的中空部分，并与其相通；

参见附图2和图3，两个引气管路1均安装在发动机的进气道与点火器壳体之间，其中一个引气管路1一端与进气道相通，另一端沿低压电极4的径向伸入点火器壳体的环形空腔内，并与其相通；另一个引气管路1的一端与进气道相通，另一端沿高压电极5的轴向伸入高压电极5的中空部分，并与其相通；所述引气管路1用于将进气道的高温、高速的空气气流引入点火系统，与发动机供油系统引入的燃油在点火器壳体内的环形空腔掺混形成可燃混气，引入的空气气流作为点火系统工作的氧化剂和电离工质，且引入的空气气流沿高压电极5的轴向和径向两种方式进入点火系统；其中，沿径向引入所述环形空腔的空气气流与燃油掺混形成可燃混气后，能够在环形空腔中被电离；沿轴向引入高压电极5的中空部分的空气气流流速高，能够提高可燃混气及可燃混气燃烧后的高温燃气的穿透能力，进而增强点火系统的工作边界；两股气流进入点火系统后能够强化空气气流与燃油的掺混，为点火系统点火燃烧提供有利条件；

所述供电电源3安装在发动机壳体内，并通过导线分别与点火器壳体内的高压电极5和低压电极4电性连接；供电电源3在发动机的点火控制信号的控制下，用于给高压电极5和低压电极4提供高频放电能量输入，高压电极5和低压电极4之间形成高电势差，进而将点火器壳体的环形空腔内预混的部分可燃混气电离，形成活性较强等离子体。

工作原理：所述引气管路1将发动机的进气道的高温、高速的空气引入点火系统，供油管路2用于将供油系统内的燃油引入点火系统，所述空气和燃油在点火器壳体的环形空腔内进行掺混形成可燃混气，可燃混气在流过高压电极5和低压电极4之间形成的环形空腔过程中被电离形成等离子体，等离子体直接生成或再通过化学反应生成大量的活性自由基，直接增强了化学反应强度，或降低化学反应温度，等离子体及活性自由基点燃未被电离的且燃油和空气达到设定比例的可燃混气，可燃混气燃烧形成高温燃气，并喷入发动机燃烧室的高速气流中点燃发动机，实现了点火系统与发动机高度集成，且达到点火或稳燃助燃的目的。其中，在所述高温燃气喷入发动机燃烧室的过程中，高温燃气受到沿轴向的空气气流或者空气气流与燃油形成的可燃混气的轴向冲力，能够提高可燃混气及可燃混气燃烧后的高温燃气的穿透能力，进而增强点火系统的工作边界；由于点火系统可长时间工作，可将其能量注入发动机燃烧室拓展发动机工作空域，提高发动机的机动性能，同时通过重复供电及提供燃油和空气，点火系统可以多次起动，有效解决发动机多次起动及机动飞行熄火问题。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。