阅读说明：本技术 自激爆震发动机 (Self-excited detonation engine ) 是由 陈道如 陈玲 陈科 陈鸿 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：多种自激爆震发动机主要由进气道、阀门(有阀式或无阀式)、爆震室、起爆器、喷管及燃料供给、点火、冷却、控制等系统组成；所述爆震室是由推力壁和爆震管组成；所述起爆器是指带有若干个单支双曲线形凹槽和/或其它收敛形凹槽的装置,每个凹槽对应于机体内壁对压力波的一个聚焦和/或汇聚的反射区；所述单支双曲线是指双曲线中的一支；所述机体内壁是指进气道、爆震室和喷管的内壁；所述压力波是指进气压力波、喷管后端返回的大气压力波或高温、高压的燃气压力波。本发明所采用的技术方案是：通过起爆器对机体中压力波能量的聚集来实现起爆。(The multiple self-excited detonation engines mainly comprise an air inlet channel, a valve (with a valve or without a valve), a detonation chamber, an exploder, a spray pipe and systems for supplying, igniting, cooling, controlling and the like fuel; the detonation chamber consists of a thrust wall and a detonation tube; the detonator is a device with a plurality of single hyperbolic grooves and/or other convergence grooves, and each groove corresponds to a focusing and/or converging reflection area of the inner wall of the body for pressure waves; the single hyperbola refers to one of the hyperbolas; the inner wall of the engine body refers to the inner walls of the air inlet channel, the detonation chamber and the spray pipe; the pressure wave refers to an air inlet pressure wave, an atmospheric pressure wave returned from the rear end of the spray pipe or a high-temperature and high-pressure gas pressure wave. The technical scheme adopted by the invention is as follows: the detonation is realized by the accumulation of pressure wave energy in the machine body by the detonator.)

自激爆震发动机

技术领域

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本发明是多种自激爆震发动机，适用于燃油、燃气类的载具和设备，是基于爆震燃烧的新概念发动机。

背景技术

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目前的各种发动机(主要有活塞式发动机和喷气式发动机)都是基于爆燃方式组织燃烧；爆燃也称缓燃，在燃烧过程中燃烧波以亚音速(约几米至几十米/秒)传播，燃烧和能量释放速度较慢、燃烧强度较低，属于定压燃烧，热循环效率低(约为27％)。由于爆燃比较容易实现和控制，因此达到了广泛的应用。

爆震燃烧是通过爆震波来激发可爆燃料爆震的燃烧方式，爆震波是一道自带压缩功能的超音速(约几千米/秒)燃烧波，在燃烧过程中爆震波对波前混合气几乎没有影响，爆震燃烧接近于定容燃烧，热循环效率高(约为49％)。

基于爆震燃烧的发动机具有燃烧和能量释放速度快、燃烧强度高、热循环效率高、燃料消耗率低，以及爆震波自带压缩功能，可以不用压缩设备，使其具有结构简单、体积小、重量轻、推重比高、比冲大等优点。

尽管爆震发动机具有诸多优点，但由于技术不足，目前尚处于探索研究阶段，未能实现真正的应用，主要是高频起爆和工作稳定性等问题均没有实质性进展。

为克服现有技术不足，本发明的多种自激爆震发动机结构简单、体积小、重量轻、推重比高、比冲大，能够自动高频起爆、工作稳定可靠。

发明内容

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多种自激爆震发动机主要由进气道、阀门(有阀式或无阀式)、爆震室、起爆器、喷管及燃料供给、点火、冷却、控制等系统组成；所述爆震室是由推力壁和爆震管组成；所述起爆器是指带有若干个单支双曲线形凹槽和/或其它收敛形凹槽的装置，每个凹槽对应于机体内壁对压力波的一个聚焦和/或汇聚的反射区；所述单支双曲线是指双曲线中的一支；所述机体内壁是指进气道、爆震室和喷管的内壁；所述压力波是指进气压力波、喷管后端返回的大气压力波或高温、高压的燃气压力波。

本发明所采用的技术方案是：通过起爆器对机体中压力波能量的聚集来实现起爆。

附图说明

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图1、图2、分别为有阀式和无阀式自激爆震发动机横向结构示意图

图3、图4、分别为有阀式和无阀式自激爆震发动机纵向结构示意图

图5、无阀式旋转自激爆震发动机轴向结构示意图(发动机为平面形或螺旋形)

图中：1-进气管；2-喷咀；3-旋转阀(图1、图3)、导流锥(图2、图4、图5)；4-旋转阀进气口(图1、图3)、导流环(图2、图4、图5)；5-推力壁(图1、图3为平面推力壁，图2、图4、图5为凹面推力壁)；6-推力壁进气口；7-火花塞；8-起爆器；9-起爆器焦点(图1、图2)、起爆器焦点沿线(图3、图4、图5)；10-爆震管；11-喷管；12-起爆器冷却管；13-双曲线(左支的内焦点位于爆震管10的内壁截面圆的圆心上，右支为起爆器8右侧凹槽截面边缘所在的曲线。)；14-径向压力波；15-幅板；16-输出轴。

连接过程(图1、图3)：进气管1联接爆震管10；爆震管10联接喷管11；喷咀2联接进气管1；旋转阀3联接推力壁5；推力壁5联接爆震管10；火花塞7联接爆震管10；起爆器8联接推力壁5；起爆器冷却管12通过推力壁5内置管联接冷却系统。

连接过程(图2、图4、图5)：进气管1联接爆震管10；爆震管10联接喷管11；喷咀2联接进气管1；导流锥3联接进气管1；导流环4联接爆震管10；火花塞7联接爆震管10；起爆器8联接推力壁5；起爆器冷却管12通过导流锥3内置管联接冷却系统；爆震管10联接幅板15；幅板15联接输出轴16。

图1、图2分别采用不同的离心率和焦距的四个单支双曲线形凹槽的起爆器，凹槽中每个单支双曲线的外焦点均位于单支双曲线所对应爆震管10的内壁截面圆弧的圆心上，使对应圆弧反射的径向压力波14经单支双曲线反射后汇聚至单支双曲线的内焦点。设爆震管10的半径为r，双曲线13的实轴长为2a，则径向压力波14经单支双曲线反射至内焦点的路径长度均为r-2a。当双曲线的焦距很小或焦距相对于半径很小时，则径向压力波接近于直接汇聚至圆心，在采用球面或抛物面形机体内壁时，则反射压力波接近于直接汇聚至球心或抛物面的焦点(图略)。

单支双曲线形凹槽属于收敛形凹槽，收敛形凹槽能够阻碍对应机体内壁反射的不同方向压力波的扩散，使压力波的能量聚集至凹槽中焦点和/或汇聚点沿线上。

具体实施方式

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图3、该发动机的工作循环包括进气、起爆、燃烧(爆震波传播)、排气四个基本过程。

一、进气：首先打开旋转阀，将压缩空气打入进气管或使发动机在空中运动，使进气管至爆震室有流动的空气；然后喷咀喷射燃料并与进气管中的空气混合进入爆震室，待进入适量混合气时关闭旋转阀。

二、起爆：在旋转阀关闭时由火花塞点燃混合气，部分混合气爆燃产生高温、高压的燃气，高温、高压燃气的压力波以室内音速向外围传播，经爆震室反射至起爆器的凹槽，再经凹槽反射至焦点和/或汇聚点，使凹槽中焦点和/或汇聚点沿线上局部混合气的压力、温度迅速升高，激发混合气爆震燃烧，由此产生爆震波。

三、燃烧：由起爆产生的爆震波向外围以超音速传播(约几千米每秒)，在爆震波所经之处混合气发生剧烈的化学反应，同时伴随着高速的能量释放，使波后爆震产物的压力、温度急剧升高(压力可达100个大气压、温度可达2000℃)；在爆震波传播过程中爆震产物的膨胀压力又助推爆震波继续向外围传播，直至全部混合气爆震结束，爆震波排出爆震室。

四、排气：爆震波排出后爆震产物(高温、高压的燃气)由喷管喷出(下称排气)，同时产生反作用推力，使热能转换成机械能。

在排气过程中，由于燃气流的惯性作用使爆震室形成短时间的负压状态，此时打开旋转阀，使进气管中的混合气自动进入爆震室，并适时关闭旋转阀，再进入上次的起爆、燃烧、排气的工作循环过程；这样周而复始，发动机便不断的工作了。

图4、图5发动机的基本工作循环过程与图3相同，在开始工作时同样需要辅助进气和通过排气使爆震室形成负压，此后发动机进入自动进气、起爆、燃烧、排气的工作循环过程。不同的是没有机械阀，环形进气道中压力的波动起到空气动力阀的作用，图5发动机在开始工作时通过启动发动机旋转来进气，以及通过排气来推动发动机旋转和向外输出机械能。

上述发动机的起爆方式都是通过起爆器对机体内壁反射的高温、高压燃气压力波能量的聚集来实现起爆的，此外通过起爆器对机体中其它压力波能量的聚集均可实现起爆。

进压起爆：图4、图5中发动机在进气压力波具有较高的能量头时，进气压力波经环形进气道汇聚至起爆器的凹槽，通过起爆器对进气压力波能量的聚集来实现起爆。

回压起爆：图3～图5中发动机在排气终了时，惯性喷出的燃气流使喷管形成负压状态，于是喷管后端的大气压力波返回爆震室，经推力壁反射后，反射波与入射波合成更大波幅的压力波，经机体内壁反射至起爆器的凹槽，通过起爆器对返回压力波能量的聚集来实现起爆。

自燃起爆：图3～图5发动机中，由高温的爆震室使混合气自燃来产生高温、高压的燃气，经机体内壁反射至起爆器的凹槽，通过起爆器对自燃产生的高温、高压燃气压力波能量的聚集来实现起爆。

该类发动机通过起爆器的凹槽对机体中压力波能量的聚集来自动激发混合气起爆，因此称为自激爆震发动机。由起爆产生的爆震波和由爆震波产生的高温、高压燃气来产生的推力是间歇脉冲式的，属于脉冲爆震发动机的范畴。在工作过程中由进气、起爆到燃烧、排气的循环过程进行得很快、频率很高，脉冲输出近似于连续输出。