雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機
2024-04-13 04:36:05
1.本發明涉及航天設備技術領域，尤其是涉及一種雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機。
背景技術：
2.連續旋轉爆震衝壓發動機由於能充分發揮爆震燃燒帶來的性能優勢，因此，收到了越來越廣泛的應用。
3.連續旋轉爆震衝壓發動機利用爆震燃燒的自增壓優勢，不但有效的提升了衝壓發動機的性能，還使得整個衝壓發動機系統結構得到簡化。
4.但是，目前的連續旋轉爆震衝壓發動機中，通常採用環形燃燒室，當衝壓發動機推力不足時，通常需要多臺衝壓發動機組合使用，然而，多臺衝壓發動機導致空間利用率差。
技術實現要素：
5.有鑑於此，本發明的目的是提供一種雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機，旨在便於提高發動機的空間利用率。
6.為了實現上述目的，本發明提供了如下方案：
7.一種雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機，包括：
8.內筒；
9.套設在所述內筒外的第一外筒，所述第一外筒與所述內筒圍設為內燃燒室；
10.套設在所述第一外筒外的第二外筒，所述第二外筒與所述第一外筒圍設為外燃燒室；
11.進氣道組件，所述進氣道組件的出氣口分別與所述內燃燒室及所述外燃燒室的進口連通；
12.尾噴管，所述尾噴管的進氣口分別與所述內燃燒室及所述外燃燒室的出口連通；
13.噴油組件，所述噴油組件包括設置在所述內筒上的第一噴油件及設置在所述第二外筒上的第二噴油件。
14.在一個具體的實施方案中，所述進氣道組件包括第一進氣通道和第二進氣通道；
15.所述第一進氣通道的出口與所述內燃燒室連通，所述第二進氣通道的出口與所述外燃燒室連通。
16.在另一個具體的實施方案中，所述第二進氣通道套設在所述第一進氣通道外，所述第一進氣通道和所述第二進氣通道均為環形通道，且同軸心設置；
17.所述第二進氣通道的內環壁與所述第一進氣通道的外環壁共壁設置；
18.所述第一進氣通道的內環壁與所述內筒連接且同軸心設置，所述第一進氣通道的外環壁與所述第一外筒連接，且同軸心設置，所述第二進氣通道的外環壁與所述第二外筒連接，且同軸心設置。
19.在另一個具體的實施方案中，所述雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機還包括第一過
渡部、第二過渡部和第三過渡部；
20.所述第一進氣通道的內環壁與所述內筒通過所述第一過渡部光滑過渡連接，且所述第一過渡部沿著靠近所述內筒的方向，外徑和內徑均逐漸減小；
21.所述第一進氣通道的外環壁與所述第一外筒通過所述第二過渡部光滑過渡連接，且所述第二過渡部沿著靠近所述第一外筒的方向，外徑和內徑均逐漸減小；
22.所述第二進氣通道的外環壁與所述第二外筒通過所述第三過渡部光滑過渡連接，且所述第三過渡部沿著靠近所述第二外筒的方向，外徑和內徑均逐漸減小。
23.在另一個具體的實施方案中，所述內筒面向所述第一過渡部的那端設置有封堵所述內筒的分隔板，所述第一氣流通道的內環壁與所述分隔板圍設為第一燃油供給腔；
24.所述第一噴油件為開設在所述分隔板上且連通所述第一燃油供給腔及所述第一氣流通道的第一燃油環；
25.所述第二外筒的外環壁設置有圍設為第二燃油供給腔的腔體，所述第二噴油件為開設在所述第三過渡部上且連通所述第二燃油供給腔與所述外燃燒室的第二燃油環。
26.在另一個具體的實施方案中，所述第一燃油環沿著遠離所述第一燃油供給腔的方向，向背離所述第一隔板的軸心線的方向傾斜，且所述第一燃油環的出口位於所述內燃燒室的入口處；
27.所述第二燃油環的進口位於所述第一過渡部靠近所述第二外筒的位置處，且沿著遠離所述外燃燒室的方向，所述第二燃油環向靠近所述第三過渡部的軸心線的方向傾斜。
28.在另一個具體的實施方案中，所述雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機還包括支架；
29.所述支架包括第一連接件和第二連接件，所述第一連接件的一端與所述第一進氣通道的內環壁連接，所述第二連接件的一端與所述第二進氣通道的外環壁連接，且所述第一連接件的另一端與所述第二連接件的另一端連接，沿著靠近所述進氣道組件的出口方向，所述第一連接件及所述第二連接件均向靠近彼此的方向傾斜設置；
30.所述第一連接件和所述第二連接件連接處開設有卡接所述第一進氣通道的外環壁的卡接槽，且所述卡接槽開設在所述第一連接件和所述第二連接件面向所述進氣道組件的出口的那端。
31.在另一個具體的實施方案中，所述雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機還包括進氣整流錐；
32.所述進氣整流錐的較大端與所述第一進氣通道的內環壁背離所述內燃燒室的那端連接；
33.所述第二外筒背離所述外燃燒室的那端設置有第一導流件，且沿著背離所述第二外筒的方向，所述第一導流件向靠近所述進氣整流錐的方向傾斜設置。
34.在另一個具體的實施方案中，所述雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機還包括出氣整流錐；
35.所述出氣整流錐的較大端與所述內筒遠離所述進氣道組件的那端連接。
36.在另一個具體的實施方案中，所述尾噴管的一端與所述第二外筒背離所述進氣道組件的那端連接，且沿著遠離所述進氣道組件的方向，所述尾噴管向靠近所述出氣整流錐的方向傾斜；
37.所述第一外筒背離所述進氣道組件的那端設置有第二導流件，且沿著遠離所述進
氣道組件的方向，所述第二導流件向靠近所述出氣整流錐的方向傾斜，且所述第二導流件背離所述第一外筒的那端容納於所述尾噴管及所述出氣整流錐的外壁圍成的空間內。
38.根據本發明的各個實施方案可以根據需要任意組合，這些組合之後所得的實施方案也在本發明範圍內，是本發明具體實施方式的一部分。
39.本發明提供的雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機，由於第一外筒與內筒圍設為內燃燒室，第二外筒與第一外筒圍設為外燃燒室，內燃燒室及外燃燒室之間相互獨立，可以單獨工作，也可以同時工作，滿足了衝壓發動機的不同推力需求。由於採用套設的方式在一個發動機內同時設置內燃燒室及外燃燒室，避免了設置多臺發動機組合使用帶來的空間利用率差的問題，本發明提高了發動機的空間利用率。
附圖說明
40.為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
41.圖1為本發明提供的雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機的剖視結構示意圖。
42.其中，圖1中：
43.雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機100、內筒101、第一外筒102、內燃燒室103、第二外筒104、外燃燒室105、進氣道組件106、尾噴管107、噴油組件108、第一噴油件108a、第二噴油件108b、第一進氣通道106a、第二進氣通道106b、第一過渡部109、第二過渡部110、第三過渡部111、分隔板112、第一燃油供給腔113、第二燃油供給腔114、支架115、第一連接件115a、第二連接件115b、進氣整流錐116、第一導流件117、出氣整流錐118、第二導流件119。
具體實施方式
44.下面將結合本發明實施例中的附圖1，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
45.在本發明的描述中，需要理解的是，術語「上」、「下」、「頂面」、「底面」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必須具有特定方位、以特定的方位構成和操作，因此不能理解為本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
46.結合圖1所示，本發明提供了一種雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機100，用於提高發動機的空間利用率。
47.雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機100包括內筒101、第一外筒102、第二外筒104、進氣道組件106、尾噴管107及噴油組件108。
48.第一外筒102套設在內筒101外，且第一外筒102與內筒101圍設為內燃燒室103。具體地，第一外筒102及內筒101均為圓筒，且兩者同軸心設置，以實現內燃燒室103內燃燒的
均勻性。
49.第二外筒104套設在第一外筒102外，且第二外筒104與第一外筒102圍設為外燃燒室105。具體地，第二外筒104為圓筒，且第二外筒104與第一外筒102同軸心設置，以實現外燃燒室105燃燒的均勻性。
50.進氣道組件106的出氣口分別與內燃燒室103及外燃燒室105的進口連通，進氣道組件106分別給內燃燒室103及外燃燒室105提供氧化劑，具體氧化劑為空氣等。
51.尾噴管107的進氣口分別與內燃燒室103及外燃燒室105的出口連通，用於排出內燃燒室103及外燃燒室105燃燒的尾氣等。
52.噴油組件108包括設置在內筒101上的第一噴油件108a及設置在第二外筒104上的第二噴油件108b，第一噴油件108a及第二噴油件108b分別用於給內燃燒室103及外燃燒室105提供燃油。
53.本發明中，由於第一外筒102與內筒101圍設為內燃燒室103，第二外筒104與第一外筒102圍設為外燃燒室105，內燃燒室103及外燃燒室105之間相互獨立，可以單獨工作，也可以同時工作，滿足了衝壓發動機的不同推力需求。由於採用套設的方式在一個發動機內同時設置內燃燒室103及外燃燒室105，避免了設置多臺發動機組合使用帶來的空間利用率差的問題，本發明提高了發動機的空間利用率。
54.在一些實施例中，進氣道組件106包括第一進氣通道106a和第二進氣通道106b，第一進氣通道106a的出口與內燃燒室103連通，第二進氣通道106b的出口與外燃燒室105連通。即第一進氣通道106a和第二進氣通道106b分別給內燃燒室103及外燃燒室105提供氧化劑。
55.進一步地，本發明公開了第二進氣通道106b套設在第一進氣通道106a外，第一進氣通道106a和第二進氣通道106b均為環形通道，且同軸心設置，實現了第一進氣通道106a和第二進氣通道106b的進氣均勻性。同時，第二進氣通道106b和第一進氣通道106a套設在一起的方式進一步提高了發動機的空間利用率。
56.第二進氣通道106b的內環壁與第一進氣通道106a的外環壁共壁設置，也就是說，圍設第二進氣通道106b的內環壁與圍設第一進氣通道106a的外環壁為同一個壁，進一步提高了發動機的空間利用率，且節省了材料。
57.第一進氣通道106a的內環壁與內筒101連接且同軸心設置，第一進氣通道106a的外環壁與第一外筒102連接，且同軸心設置，第二進氣通道106b的外環壁與第二外筒104連接，且同軸心設置。
58.進一步地，本發明公開了雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機100還包括第一過渡部109、第二過渡部110和第三過渡部111，第一進氣通道106a的內環壁與內筒101通過第一過渡部109光滑過渡連接，且第一過渡部109沿著靠近內筒101的方向，外徑和內徑均逐漸減小。需要說明的是，第一進氣通道106a的內環壁、第一過渡部109及內筒101的壁厚均相同，且一體成型連接，具體可以是通過增材製造一體成型連接，便於加工製造。可以理解地，第一進氣通道106a的內環壁與內筒101通過第一過渡部109光滑過渡連接是指第一過渡部109與第一進氣通道106a的內環壁及內筒101的連接處均通過圓角過渡，避免產生尖角等影響流體的流動。
59.第一進氣通道106a的外環壁與第一外筒102通過第二過渡部110光滑過渡連接，且
第二過渡部110沿著靠近第一外筒102的方向，外徑和內徑均逐漸減小。
60.需要說明的是，第一進氣通道106a的外環壁、第二過渡部110及第一外筒102的壁厚均相同，且一體成型連接，具體可以是通過增材製造一體成型連接，便於加工製造。
61.可以理解地，第一進氣通道106a的外環壁與第一外筒102通過第二過渡部110光滑過渡連接是指第二過渡部110與第一進氣通道106a的外環壁及第一外筒102的連接處均通過圓角過渡，避免產生尖角等影響流體的流動。
62.第二進氣通道106b的外環壁與第二外筒104通過第三過渡部111光滑過渡連接，且第三過渡部111沿著靠近第二外筒104的方向，外徑和內徑均逐漸減小。
63.需要說明的是，第二進氣通道106b的外環壁、第三過渡部111及第二外筒104的壁厚均相同，且一體成型連接，具體可以是通過增材製造一體成型連接，便於加工製造。
64.可以理解地，第二進氣通道106b的外環壁與第二外筒104通過第三過渡部111光滑過渡連接是指第三過渡部111與第二進氣通道106b的外環壁及第二外筒104的連接處均通過圓角過渡，避免產生尖角等影響流體的流動。
65.在一些實施例中，內筒101面向第一過渡部109的那端設置有封堵內筒101的分隔板112，分隔板112隔開第一過渡部109圍設的內腔及內筒101圍設的內腔，第一氣流通道的內環壁與分隔板112圍設為第一燃油供給腔113，以便於供給燃油。
66.第一噴油件108a為開設在分隔板112上且連通第一燃油供給腔113及第一氣流通道的第一燃油環，第一燃油環給內燃燒室103提供霧化後的燃油。
67.第二外筒104的外環壁設置有圍設為第二燃油供給腔114的腔體，第二噴油件108b為開設在第三過渡部111上且連通第二燃油供給腔114與外燃燒室105的第二燃油環，第二燃油環用於給外燃燒室105提供霧化後的燃油。
68.需要說明的是，第一燃油環及第二燃油環不限於為連續的環形孔，也可以是間斷設置的多個孔圍設而成。
69.如圖1所示，圍設為第二燃油供給腔114的腔體為與第二外筒104連接的環形腔。進一步地，本發明公開了環形腔與第二外筒104一體成型連接，提高連接穩定性。具體環形腔與第二外筒104通過增材製造一體成型連接。
70.進一步地，本發明公開了第一燃油環沿著遠離第一燃油供給腔113的方向，向背離第一隔板的軸心線的方向傾斜，且第一燃油環的出口位於內燃燒室103的入口處，便於將燃油噴入內燃燒室103內。當第一供氣通道提供的氧化劑經過第一過渡部109和第二過渡部110圍設的過渡通道進入內燃燒室103時，氧化劑流體可以分解為沿著平行過渡通道的軸向進入內燃燒室103的第一氧化劑分量及沿著過渡通道的徑向向靠近過渡通道的軸心線的方向的第二氧化劑分量，而第一燃油環噴出的燃油可以分解為沿著平行過渡通道的軸向進入內燃燒室103的第一燃油分量以沿著過渡通道的徑向向遠離過渡通道的軸心線的方向的第二燃油分量，第二氧化劑分量和第二燃油分量相互作用，使得燃油與氧化劑能夠充分霧化混合。
71.第二燃油環的進口位於第一過渡部109靠近第二外筒104的位置處，且沿著遠離外燃燒室105的方向，第二燃油環向靠近第三過渡部111的軸心線的方向傾斜，即第二燃油環噴出的燃油一部分分量面向第二供氣通道內氧化劑的流動方向，進一步提高了燃油與第二供氣通道內的氧化劑的混合均勻性。
72.在一些實施例中，雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機100還包括支架115，支架115用於安裝進氣道組件106。
73.具體地，支架115的個數可以是任意個沿著進氣道組件106的軸心線環形均布在進氣道組件106內。
74.支架115包括第一連接件115a和第二連接件115b，第一連接件115a的一端與第一進氣通道106a的內環壁連接，第二連接件115b的一端與第二進氣通道106b的外環壁連接，且第一連接件115a的另一端與第二連接件115b的另一端連接，沿著靠近進氣道組件106的出口方向，第一連接件115a及第二連接件115b均向靠近彼此的方向傾斜設置。為了提高第一連接件115a與第二連接件115b的連接強度，本發明公開了第一連接件115a與第一進氣通道106a的內環壁通過增材製造一體成型連接，第二連接件115b與第二進氣通道106b的內環壁通過增材製造一體成型連接，第一連接件115a與第二連接件115b通過增材製造一體成型連接。可以理解地，上述公開的連接方式僅是本發明的一個具體實施方式，在實際應用中，也可以設置為焊接等其它連接方式。
75.第一連接件115a和第二連接件115b連接處開設有卡接第一進氣通道106a的外環壁的卡接槽，且卡接槽開設在第一連接件115a和第二連接件115b面向進氣道組件106的出口的那端。
76.為了實現第一進氣通道106a的外環壁與卡接槽的連接穩定性，本發明公開了第一進氣通道106a的外環壁與卡接槽通過增材製造一體成型。
77.在一些實施例中，雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機100還包括進氣整流錐116，進氣整流錐116的較大端與第一進氣通道106a的內環壁背離內燃燒室103的那端連接。
78.具體地，進氣整流錐116為空心結構，減輕了雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機100的整體重量。
79.進氣整流錐116的內壁與第一進氣通道106a的內環壁的內壁面及隔板共同圍設為第一燃料供給腔。
80.第二外筒104背離外燃燒室105的那端設置有第一導流件117，且沿著背離第二外筒104的方向，第一導流件117向靠近進氣整流錐116的方向傾斜設置，便於氧化劑氣流沿著第一導向筒與進氣整流錐116圍設的通道進入第一進氣通道106a和/或第二進氣通道106b。
81.可以理解地，可以在第一進氣通道106a和第二進氣通道106b的進氣口分別設置可調節開度的閘板或者閥，以便於實現第一進氣通道106a和第二進氣通道106b的氧化劑量的調節。
82.在一些實施例中，雙環型連續旋轉爆震衝壓發動機100還包括出氣整流錐118，出氣整流錐118的較大端與內筒101遠離進氣道組件106的那端連接，便於尾氣排出。
83.進一步地，本發明公開了尾噴管107的一端與第二外筒104背離進氣道組件106的那端連接，且沿著遠離進氣道組件106的方向，尾噴管107向靠近出氣整流錐118的方向傾斜，便於尾氣的快速排出。
84.第一外筒102背離進氣道組件106的那端設置有第二導流件119，且沿著遠離進氣道組件106的方向，第二導流件119向靠近出氣整流錐118的方向傾斜，避免內燃燒室103燃燒後的尾氣流入外燃燒室105內。
85.第二導流件119背離第一外筒102的那端容納於尾噴管107及出氣整流錐118的外
壁圍成的空間內，一方面節省了材料，另一方面，便於將內燃燒室103和外燃燒室105燃燒後生成的尾氣匯合在一起排出。
86.本發明具有如下優點：
87.(1)將進氣通道分為第一進氣通道106a和第二進氣通道106b兩路通道，可實現精準控制，可依據飛行平臺對發動機推力性能需求，選擇工作的燃燒室及數量；
88.(2)空間利用率極高，通過圓環套圓環的方式進行使用，有效提高燃燒室空間利用率；
89.(3)內燃燒室103及外燃燒室105可以獨立工作，還可以兩個一起工作，發動機使用更加靈活。
90.本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
91.對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和創造特點相一致的最寬的範圍。
92.在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「示例」、「具體示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
93.以上公開的本發明優選實施例只是用於幫助闡述本發明。優選實施例並沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為的具體實施方式。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本發明。本發明僅受權利要求書及其全部範圍和等效物的限制。