一种环形激波聚焦起爆装置

本发明涉及燃烧室起爆，尤其是一种环形激波聚焦起爆装置。

背景技术：

1、爆轰发动机是一种基于热循环效率远高于常规等压燃烧的超声速爆轰燃烧的发动机。爆轰燃烧过程近似为等容燃烧的过程，具有很高的燃烧速度和反应物的转换速率。此外，爆轰发动机具有工作范围广、单位燃料消耗率低、结构简单等优点，因此被看作是21世纪最具发展潜力的新型航空航天飞行器的动力装置，得到了航空航天各个领域和行业的青睐。

2、目前，主流的爆轰发动机包括两种，即旋转爆轰发动机(rde，rotatingdetonation engine)和脉冲爆轰发动机(pde，pulse detonation engine)。然而，以上两种现有的爆轰发动机都存在一个技术难点，那就是难以高效、快捷、稳定地触发爆轰波。

3、触发爆轰波的方式众多，目前最普遍的触发方式依据触发能量的大小可分为两类，即直接起爆和间接起爆。其中，直接起爆对能量的消耗较大，并且对点火装置的要求较高，使得它在具体的工程应用中较为困难。相对而言，间接起爆对能量的消耗较小。然而，间接起爆这一过程，是属于一个能量叠加、实现燃烧从爆燃转爆轰的过程(ddt，deflagrationto detonation transition)，这使得起爆装置需要有足够的长度。然而，现有的间接起爆技术均存在难以缩短ddt距离、难以减小触发爆轰波的时间以及难以提高触发爆轰波的成功率等问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供了一种环形激波聚焦起爆装置，以力图解决或者至少缓解上面存在的至少一个问题。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种环形激波聚焦起爆装置，所述环形激波聚焦起爆装置包括聚焦腔、外壳和内衬，所述外壳和所述内衬同轴布置；所述外壳的一端由所述聚焦腔封闭；所述外壳上设有火花塞接口和预混气体进气口；所述内衬上设有火焰分裂室；所述火花塞接口、所述预混气体进气口分别与所述火焰分裂室相连通；所述外壳和所述内衬之间形成环形火焰加速腔；所述火焰分裂室具有二叉树式结构，使得通入所述预混气体进气口的气体被点燃时，点燃的火焰在所述火焰分裂室中通过该二叉树式结构进行一次或多次分裂后，从火焰射流孔射出至所述环形火焰加速腔；其中，每次分裂使得单股火焰发展成为两股独立的支流火焰；所述内衬的外壁上设有多个环形翅片，所述多个环形翅片沿所述内衬的轴向布置，用于使得进入所述环形火焰加速腔的火焰经多个环形翅片的作用而加速，以诱导出环形激波来产生爆轰波。

3、进一步地，所述外壳的另一端通过外壳内螺纹和内衬外螺纹之间的装配来连接内衬，且该端的外壳外螺纹用于与燃烧室相连，以实现整个起爆装置与燃烧室之间的固定。

4、进一步地，所述内衬的两端敞开，其设有内衬外螺纹的一端用于与燃烧室相通。

5、进一步地，所述火焰分裂室的二叉树式分裂结构包括n级分裂节点；在每一级的每个分裂节点，该节点对应的上游流道经该节点对称分为两个下游流道；使得火焰从初始的单股火焰被最终分裂成2n股支流火焰。

6、进一步地，所述环形翅片的数量为至少6个。

7、进一步地，所述外壳的外壳外螺纹的长度至少为所述外壳的外直径的二分之一。

8、进一步地，所述外壳的外壳内螺纹和所述内衬的内衬外螺纹的长度至少为所述内衬的外直径的二分之一。

9、进一步地，所述聚焦腔采用凹面腔结构。

10、根据本发明的环形激波聚焦起爆装置，其通过利用单个低能火花塞触发环形火焰，并借助火焰加速诱导的环形激波聚焦反射而提供了一种爆轰波短距离、快速触发的起爆装置。

11、本发明的环形激波聚焦起爆装置，其使用单个低能火花塞在火焰分裂室中触发火焰，降低反应所需能耗。通过二叉树式结构的流道，使得火焰从一股分裂为n股(n为火焰射流孔个数，图4以n＝4为例)。当n越大时，进入环形火焰加速腔的火焰更接近于环形火焰，使得在环形火焰加速腔中的火焰能够尽早的诱导出对称环形激波。对称环形激波在聚焦腔上进行聚焦反射，可以得到最高的聚焦压力，造成局部的爆炸。当对称环形激波的强度足够时，可以直接触发爆轰波。当强度不足时，由于局部爆炸所引起的压力变化，增加了火焰的传播速度，使得火焰能够迅速追上前导激波，触发爆轰波。因此，环形火焰发生器中的二叉树式结构更早的诱导出了对称环形激波，在一定程度上缩短了ddt的距离和时间，增加了触发爆轰波的成功率。

技术特征：

1.一种环形激波聚焦起爆装置，其特征在于，所述环形激波聚焦起爆装置包括聚焦腔(1)、外壳(7)和内衬(8)，所述外壳(7)和所述内衬(8)同轴布置；

2.根据权利要求1所述的环形激波聚焦起爆装置，其特征在于，所述外壳(7)的另一端通过外壳内螺纹(6)和内衬外螺纹(11)之间的装配来连接内衬(8)，且该端的外壳外螺纹(5)用于与燃烧室相连，以实现整个起爆装置与燃烧室之间的固定。

3.根据权利要求2所述的环形激波聚焦起爆装置，其特征在于，所述内衬(8)的两端敞开，其设有内衬外螺纹(11)的一端用于与燃烧室相通。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的环形激波聚焦起爆装置，其特征在于，所述火焰分裂室(4)的二叉树式分裂结构包括n级分裂节点；在每一级的每个分裂节点，该节点对应的上游流道经该节点对称分为两个下游流道；使得火焰从初始的单股火焰被最终分裂成2n股支流火焰。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的环形激波聚焦起爆装置，其特征在于，所述环形翅片(10)的数量为至少6个。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的环形激波聚焦起爆装置，其特征在于，所述外壳(7)的外壳外螺纹(5)的长度至少为所述外壳(7)的外直径的二分之一。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的环形激波聚焦起爆装置，其特征在于：所述外壳(7)的外壳内螺纹(6)和所述内衬(8)的内衬外螺纹(11)的长度至少为所述内衬(8)的外直径的二分之一。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的环形激波聚焦起爆装置，其特征在于，所述聚焦腔(1)采用凹面腔结构。

技术总结
本发明公开了一种环形激波聚焦起爆装置，属于燃烧室起爆技术领域，用于解决现有起爆技术存在的DDT距离较长、触发爆轰波时间较长以及触发爆轰波成功率较低的问题。该装置包括聚焦腔以及同轴布置的外壳和内衬；外壳一端由聚焦腔封闭；外壳上的火花塞接口、预混气体进气口分别与内衬上的火焰分裂室相连通；外壳和内衬之间形成环形火焰加速腔；火焰分裂室具有二叉树式结构，使得气体被点燃时火焰进行一次或多次分裂，从火焰射流孔射出至环形火焰加速腔；内衬外壁上设有沿内衬轴向布置的多个环形翅片，使得火焰加速以诱导出环形激波产生爆轰波。本发明的环形激波聚焦起爆装置能够用于爆轰波燃烧室的起爆。

技术研发人员：陈祥,许瑞,郑伟光,李健,黄静伶,郭明军,陈渊钊
受保护的技术使用者：广西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12