一种燃烧室、发动机及方法、应用与流程

本发明涉及火箭技术领域，具体涉及一种燃烧室、发动机及方法、应用。

背景技术：

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

燃烧室是燃料或推进剂在其中燃烧生成高温燃气的装置，他是燃气涡轮发动机、冲压发动机、火箭发动机等的重要部件。

发明人发现，现有的燃烧室都无法有效避免燃烧室温度过高的问题，这就导致了对燃烧室制作材料提出了较高的要求，增加了燃烧室的加工成本，限制了发动机的发展，因此限制了重复使用火箭发动机的可能性。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种燃烧室，能够有效解决燃烧室以及喷管过热问题，降低了对燃烧室制作材料的要求，降低了燃烧室的生产成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种燃烧室，包括燃烧室本体，燃烧室本体包括平行设置的第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室一端通过连接腔室连接，另一端均设置有喷管，喷管与燃烧室本体内部空间连通，燃烧室本体及喷管外周缠绕有沿螺旋线分布的金属线圈，金属线圈能够与电源连接，燃烧室本体还与燃料管连通。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述喷管采用锥形结构，其面积较小的端部与燃烧室本体固定连接。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述金属线圈设置多个，每个金属线圈均与电源连接。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述喷管外周金属线圈的分布密度大于燃烧室本体外周金属线圈的分布密度。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述第一腔室、第二腔室及连接腔室的截面均为圆形。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述燃烧室本体采用钢材或合金材料制成，其外侧面涂覆有绝缘隔热层，所述金属线圈外周包裹有绝缘套。

结合第一方面，本发明的实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述金属线圈采用铜线圈制成。

第二方面，本发明的实施例提供了一种燃烧室的工作方法：燃烧室本体内的燃料燃烧，金属线圈通电，产生磁场，产生的磁场对燃料燃烧产生的等离子体和离子团产生束缚，减少与燃烧室本体和喷管腔壁碰撞的粒子数，进而降低向燃烧室本体的热传导效率。

第三方面，本发明的实施例提供了一种发动机，安装有第一方面所述的燃烧室。

第四方面，本发明的实施例还提供了一种液体火箭，设置有第三方面所述的发动机。

本发明的有益效果：

1.本发明的燃烧室，通过在燃烧室本体外周缠绕与电源连接的金属线圈，能够在燃烧室本体内产生一定强度的磁场，对燃烧时产生的等离子体和离子团产生束缚，减少与燃烧室本体腔壁碰撞的粒子数，进而降低了热传导效率，实现了有效控制燃烧室本体的温度，降低了对燃烧室本体制作材料的要求，增加了重复利用火箭的可能性。

2.本发明的燃烧室，由于喷管是最容易因为高温而损坏的部位，喷管外周的金属线圈的分布密度大于燃烧室本体外周的金属线圈密度，使得喷管处产生更强的磁场束缚力，喷管在保证喷管不被高温损坏的同时，最大程度的降低了金属线圈的用量，节省了成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明实施例1金属线圈与第一腔室装配示意图；

图3为本发明实施例2中磁场强度与碰撞腔壁的离子数占比关系图；

其中，1.第一腔室，2.第二腔室，3.第一喷管，4.第二喷管，5.金属线圈，6.燃料管。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，目前的燃烧室工作过程中温度较高，对燃烧室材料要求较高，增加了燃烧室的制作成本，本申请提出了一种燃烧室。

本申请的一种典型实施方式中，如图1-图2所示，一种燃烧室，包括燃烧室本体，所述燃烧室本体包括轴线平行设置的第一腔室1和第二腔室2，所述第一腔室和第二腔室的截面均为圆形，所述第一腔室和第二腔室的一端分别设置有第一喷管3和第二喷管4，所述第一喷管与第一腔室的内部空间连通，所述第二喷管与第二腔室的内部空间连通，本实施例中，所述第一喷管和第二喷管均采用锥型结构，第一喷管的面积较小的端部与第一腔室的端部连接，第二喷管的面积较小的端部与第二腔室的端部连接，所述第一腔室和第二腔室通过弧形的连接腔室连接，第一腔室、第二腔室及连接腔室构成u型结构，所述连接腔室的截面也采用圆形。

本实施例中，所述燃烧室本体采用钢材或金属合金材料制成，本领域技术人员可根据实际需要选择相应的材料。

所述燃烧室本体外侧表面涂覆有由绝缘隔热材料，形成绝缘隔热层，本实施例中，所述绝缘隔热材料采用陶瓷，绝缘的同时导热效果差，降低了对金属线圈的热传导效率，降低了对金属线圈的材质要求。

所述燃烧室本体外和第一喷管、第二喷管外表面缠绕固定有金属线圈5，金属线圈外周包裹有绝缘套，所述金属线圈沿螺旋线分布，本实施例中，所述金属线圈采用由低电阻耐高温的材料制成，优选的，所述金属线圈采用铜线圈制成，所述金属线圈与电源连接，电源能够向金属线圈通电，使得金属线圈产生磁场。

本实施例中，由于金属线圈缠绕在u型结构的燃烧室本体外表面，所以金属线圈通电后，能够在燃烧室本体内部形成一个顺时针或逆时针的磁场，从而对燃料燃烧产生的等离子体和离子团产生束缚作用。

本实施例中，所述金属线圈可根据实际需要设置多个，每个金属线圈均需要与电源连接，由于喷管直径较小，是最容易因为受到高温而损坏的部件，因此喷管外周金属线圈的分布密度大于燃烧室本体外周金属线圈的分布密度，本实施例中，缠绕在喷管部分的金属线圈所在的螺旋线螺距小于燃烧室本体外表面缠绕的金属线圈所在的螺旋线螺距或者喷管部分金属线圈的层数大于燃烧室本体外周金属线圈的层数，使得金属线圈在喷管的分布密度大于燃烧室本体的金属线圈的分布密度，具有更强的磁场力，具有更强的束缚力。

本实施例中，所述电源采用发电机，发电机能够输出直流电，使得金属线圈中通入电流，产生磁场。

所述燃烧室本体还连接有燃料管6，所述第一腔室和第二腔室均连通有一个燃料管，所述燃料管用于向燃烧室本体内注入燃料。

所述燃烧室的其他结构采用现有燃烧室结构即可，在此不进行详细叙述。

在传统的燃烧室中，因为分子的热运动会导致离子向各个角度弹射在分子热运动中，气体的运动是不规律且朝各个方向的，因此离子在不施加磁场或电场束缚的时候将会有向各个方向离子。采用传统燃烧室结构，如果缠绕金属线圈，通电后离子容易与燃烧室上部的腔壁发生碰撞，导致燃烧室上部腔壁温度过高。因此设置为u型结构的燃烧室，可避免此现象，在经典热力学的模型当中去看，在一个粒子未发生碰撞之前路径为直线，因此该粒子或将碰撞另一粒子或将碰撞燃烧室壁，后者也就直接造成了热传导。燃烧室本体采用u型结构，根据右手螺旋定则，金属线圈的缠绕方向使得腔室内部磁场顺时针(或逆时针)，绝大部分磁场会存在于线圈内部而边际效应的影响会减小，在物理学的角度讲，任何简单闭曲面积分磁场结果都为0，所以以一个圆柱体的线圈通电电流为i的例子来看，假设其内部的磁场方向为s,则在该s方向的垂直面上，该线圈的磁场方向应为-s。若设一个闭合曲面为半径为r的球体，即使当r非常大时，其内部磁场积分应为0。当r趋近于正无穷时，可以看做该积分在-s方向的点乘夹角为0度。因为其内部的磁场积分是有限的，且当距离趋近于无穷时,磁场|b|＝0，所以外部的磁场延半径长度衰减快于1/r²，且由于两边的磁场相反，根据叠加原理，一部分外部磁场见会被抵消，因此第一腔室和第二腔室外的磁场很小。而且采用此种设置，不会出现磁场与腔壁垂直的现象，所以就可以更好的束缚离子，减少碰壁数，由于第一腔室和第二腔室的磁场方向相反，因此带电离子的旋转方向相反，从统计的角度去看，可以抵消离子转动所产生的角动量，第一腔室和第二腔室的气体相同且产生的离子数也相近，其中一个腔室中的离子会因为磁场而产生一个方向旋转，这个旋转带来一个角动量。因为角动量守恒，所以引擎会需要一个相反的角动量去中和。而另一个腔室中的离子也会因为磁场而产生一个旋转，但由于磁场方向相反，所以旋转方向相反，因此角动量相反。引擎作为一个整体，角动量为0，所以抵消了角动量。

实施例2：

本实施例公开了一种实施例1所述的燃烧室的工作方法，燃料通过燃料管注入燃烧室内进行燃烧，高温燃烧反应会产生离子团和等离子体，例如氢气的燃烧的反应中会产生部分oh^-或o^2-等，发电机对金属线圈通电，燃烧室本体及第一喷管、第二喷管内产生磁场，产生的离子团和等离子体在受到磁场的束缚作用，与燃烧室本体、第一喷管和第二喷管的腔壁碰撞的粒子数极大的减少，进而降低了向燃烧室本体、第一喷管和第二喷管的热传导效率，如图3所示，在python程序的粒子无碰撞模拟中，设定燃烧室的内径为0.4m，温度为4000k，离子数为1000，当施加0.006t磁场时，可控制离子碰撞腔壁的离子数为10％，如果不施加磁场，碰撞腔壁的离子数接近100％，因此施加磁场可以降低离子碰壁数量，降低了燃烧室的温度，进而降低了对燃烧室加工材料的要求，降低了生产成本,增加了重复利用的可能性。

实施例3：

本实施例公开了一种发动机，安装有实施例1所述的燃烧室，发动机的其他结构采用现有发动机的结构即可，其具体结构在此不进行详细叙述。

实施例4：

本实施例提供了一种液体火箭，安装有实施例3所述的发动机，液体火箭的其他结构采用现有结构即可，在此不进行详细叙述。

其工作时，在没有燃料灌入的时刻，磁场应该关闭或维持在一个很低的水平。在燃料灌入燃烧室且燃烧反应已经开始平稳进行后，增大磁场直到磁场到达一个设定的强度。

火箭在地面上的工作完成以后，火箭将会维持该磁场升空。磁场将在该级火箭分离的时候关闭。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。