一種水下氣液兩相發動機的氣泡發生器的製作方法

2023-08-08 18:03:01 2

專利名稱：一種水下氣液兩相發動機的氣泡發生器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及發動機技術領域，具體為一種水下氣液兩相發動機的氣泡發生器。
背景技術：
水下氣液兩相發動機是利用爆震燃燒產生高溫高壓燃氣，燃氣與摻混腔內的水混合形成氣液兩相混合物，混合物在噴管內進一步加速，在加速過程中氣泡膨脹對水做功，使水在噴管出口速度大於入口速度，從而產生推力。在專利號為ZL 201120185634. O中文件中公開了一種氣液兩相發動機，其在啟動時，氣泡溢出壁面通孔後，氣泡在前後兩個方向都有膨脹，造成了額外的能量損失，從而導致此氣液兩相發動機靜止時啟動緩慢，達到最大推力並穩定工作的時間較長。另外，該氣液兩相發動機氣泡發生管是圓筒狀的，氣流從前到後流動過程中，由於有氣泡不斷溢出管壁，導致後部氣壓降低，膨脹做功能力會不斷減弱。
發明內容要解決的技術問題為解決現有技術存在的問題，本實用新型提出了一種水下氣液兩相發動機的氣泡發生器，其管壁通孔向後傾斜，在發動機啟動過程中，氣泡溢出時有向後的初速度，更易於氣泡向後膨脹，對水做功產生推力；氣泡發生管有一定的收斂角度，可以延緩氣泡溢出後管 內的壓力下降，更有益於氣流對水做功。技術方案本實用新型的技術方案為所述一種水下氣液兩相發動機的氣泡發生器,包括連接法蘭和氣泡發生管；氣泡發生管入口與水下氣液兩相發動機的爆震管出口通過連接法蘭同軸固定連接；在氣泡發生管管壁上沿軸向均勻開有若干排壁面通孔，同一排的壁面通孔沿管壁周向均勻分布，且同一排的壁面通孔孔徑相同；其特徵在於氣泡發生管為從入口到出口收縮的管狀結構，收縮角為1.0° 2.3° ;氣泡發生管壁面通孔孔徑為Imm 8mm,壁面通孔總面積不超過氣泡發生管側壁面積的5 %，從氣泡發生管入口到出口，壁面通孔孔徑分段逐漸增大；壁面通孔中心軸線與氣泡發生管中心軸線夾角為40° 60°，壁面通孔出口朝向氣泡發生管出口方向。有益效果本實用新型提出的一種水下氣液兩相發動機氣泡發生管，一方面，在發動機啟動過程中，高壓燃氣通過壁面通孔與摻混腔內的水摻混形成氣泡，通過開孔方向控制氣泡的膨脹方向，在發動機初始啟動時就有向後的初速度，使水在摻混腔內產生更大的有效推力；另一方面，高壓燃氣通過氣泡生成管過程中，由於管道是收斂的，延緩了氣體由壁面通孔溢出使流量下降而造成壓力下降，有益於更好地排水做功。
圖I :本實用新型所用於發動機的結構示意圖；圖2 :本實用新型的半剖圖；圖3 :電磁閥和點火器的控制時序圖；其中1、燃料電磁閥；2、氧化劑電磁閥；3、點火器；4、隔離器電磁閥；5、爆震管；6、Shchelkin螺旋；7、連接法蘭；8、壁面通孔；9、氣泡發生管；10、擴壓器；11、摻混腔；12、噴管；13、支承肋板。
具體實施方式
下面結合具體實施例描述本發明 參照附圖1，該實施例中的水下氣液兩相發動機包括爆震管5、氣泡發生管9、擴壓器10、摻混腔11和噴管12。本實施例中，爆震管5採用的是「L」形管狀結構，其中封閉端為豎直方向，高溫燃氣和爆震波的出口端為水平方向。在爆震管封閉端端面上安裝有點火器3，封閉端側面上開有燃料進口和氧化劑及隔離劑進口，通過燃料電磁閥I、氧化劑電磁閥2和隔離器電磁閥4進行控制。為了在爆震管內快速形成爆震波，確保實現爆震管每次點火產生的燃燒波傳至爆震管出口時已經轉變為爆震波的目的，在爆震管5內壁焊有一段Shchelkin螺旋6作為爆震增強裝置。採用的燃料為航空煤油，氧化劑為壓縮氧氣，隔離氣為壓縮氮氣；點火器3為防水火花塞，點火能量為50mJ。發動機內燃料和氧化劑的供給壓力均大於摻混腔11內水壓，航空煤油/氧氣混合物的當量比約為1.0。氣泡發生管的入口與爆震管的出口通過連接法蘭7同軸固定連接，氣泡發生管9從入口到出口收縮的管狀結構，收縮角為1.0° 2. 3°，本實施例中氣泡發生管9入口內徑為30mm，與爆震管5內徑相同，出口內徑為12mm，軸向長度為500mm。在氣泡發生管9管壁上沿軸向均勻開有10排壁面通孔8，同一排的壁面通孔沿管壁周向均勻分布，且同一排的壁面通孔孔徑相同。以最接近氣泡發生管入口處的一排壁面通孔為第一排壁面通孔，內徑為1mm，第二排壁面通孔內徑為I. 5mm,以後的每一排壁面通孔內徑比前一排壁面通孔的內徑大O. 5mm,至第十排壁面通孔內經為5. 5_。相鄰兩排壁面通孔之間的軸向間距相等，均為30_。壁面通孔總面積不超過氣泡發生管側壁面積的5%。壁面通孔中心軸線與氣泡發生管中心軸線夾角為40° 60°，本實施例中壁面通孔中心軸線與氣泡發生管中心軸線夾角為45°，壁面通孔出口朝向氣泡發生管出口方向，使得發動機啟動時氣流從孔中溢出時帶有向後的速度，利於發動機的啟動。擴壓器10、摻混腔11和噴管12依次密封焊接固定，摻混腔為空心薄壁圓柱結構，擴壓器和噴管為空心薄壁圓臺結構。摻混腔11與氣泡發生管9通過均勻分布的3段支承肋板13同軸固定連接，且3段支承肋板13的軸向截面面積和小於氣泡發生管9軸向截面面積的5%，儘可能減小對水的阻擋作用。氣泡發生管與摻混腔固定連接後，氣泡發生管的首排壁面通孔處於擴壓器進口後方，氣泡發生管的出口處於噴管出口之前。本實施例中的水下氣液兩相發動機進行工作狀態測試時，環境壓力和環境溫度分別為I. 01325 X IO5Pa和288. 15K。通過爆震通用計算軟體CEA程序(ChemicalEquilibriumand Applications)計算出的航空煤油/氧氣氣相爆震壓力4. 36MPa。測試中，發動機整體處於水下O. 5m深處，發動機內燃料和氧化劑的供給壓力均大於水壓，3個電磁閥以及點火器的控制時序如圖3所示氧化劑電磁閥3和燃料電磁閥I的佔空比為O. 3，相位為O，；點火器的佔空比為O. 01，相位108° ;隔離電磁閥4的佔空比為O. 3，相位為252°。通過在爆震管內的爆震燃燒產生高溫高壓燃氣，高溫高壓燃氣進入氣泡發生管後，一部分高溫高壓燃氣通過氣泡生成管側面的壁面通孔進入摻混腔與水很合而形成氣液兩相混合物，氣液兩相混合物在噴管內進一步加速，加速過程中氣泡在福德壓力梯度下膨脹，由於壁面開孔傾斜，氣體溢出時帶有較大的水平方向的速度，因此在膨脹時對水做功只有向後的 方向，增加其動量而產生有效推力；另一部分高溫高壓氣體通過氣泡生成管出口排出，高溫高壓氣體推動噴管內的水向後運動，產生推力。
權利要求1.一種水下氣液兩相發動機的氣泡發生器，包括連接法蘭和氣泡發生管；氣泡發生管入口與水下氣液兩相發動機的爆震管出口通過連接法蘭同軸固定連接；在氣泡發生管管壁上沿軸向均勻開有若干排壁面通孔，同一排的壁面通孔沿管壁周向均勻分布，且同一排的壁面通孔孔徑相同；其特徵在於氣泡發生管為從入口到出口收縮的管狀結構，收縮角為1.0° 2. 3° ;氣泡發生管壁面通孔孔徑為Imm 8mm,壁面通孔總面積不超過氣泡發生管側壁面積的5%，從氣泡發生管入口到出口，壁面通孔孔徑分段逐漸增大；壁面通孔中心軸線與氣泡發生管中心軸線夾角為40° 60°，壁面通孔出口朝向氣泡發生管出口方向。
專利摘要本實用新型提出了一種水下氣液兩相發動機的氣泡發生器，氣泡發生管為從入口到出口收縮的管狀結構，收縮角為1.0°～2.3°；壁面通孔中心軸線與氣泡發生管中心軸線夾角為40°～60°，壁面通孔出口朝向氣泡發生管出口方向。在發動機啟動過程中，高壓燃氣通過壁面通孔與摻混腔內的水摻混形成氣泡，通過開孔方向控制氣泡的膨脹方向，在發動機初始啟動時就有向後的初速度，使水在摻混腔內產生更大的有效推力；高壓燃氣通過氣泡生成管過程中，由於管道是收斂的，延緩了氣體由壁面通孔溢出使流量下降而造成壓力下降，有益於更好地排水做功。
文檔編號F02K1/00GK202578941SQ20122022813
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月20日 優先權日2012年5月20日
發明者範瑋, 宋豪義, 朱宇, 姚奎光 申請人:西北工業大學