一种超燃冲压发动机展向脉冲喷注装置

本发明涉及一种脉冲喷注装置，具体是一种超燃冲压发动机展向脉冲喷注装置，属于发动机喷油器。

背景技术：

1、在当前的航空工业中，超燃冲压发动机作为一种高效、高推力的动力系统，得到了广泛关注，其燃烧形式和喷注方式的优化对于提高发动机性能具有重要意义。在超燃冲压发动机中，燃烧过程是通过冲压波的形成和超声速燃烧的相互作用来实现的。在燃烧室中，燃料与氧气混合后由高压冲击波引发燃烧，同时通过超声速燃烧技术实现燃烧速度的大幅提升，从而使得燃烧过程更加充分、快速和高效。

2、展向喷注燃烧的特点是将燃料以展向方式喷射进入燃烧室，与传统径向喷注相比具有更多的优势。展向喷注可以实现更均匀的燃料喷雾分布，有利于提高燃烧效率，同时还能提升掺混效果，减少局部富油或富气现象，提高燃烧稳定性，尤其是当马赫数较高的条件下，气体流速度非常快，侧壁效应明显，此时在靠近侧壁面的位置需要更多的燃料，因此需要展向的喷注方式减少中部的喷注量，增加两侧壁面的喷注量。脉冲喷注的特点是通过间歇性的喷射方式实现燃料的输送，与持续喷注相比，脉冲喷注可以减少管道内的压力损失，提高喷射系统的效率，优化燃烧过程，提高燃烧效率和性能高掺混效果，提高发动机的稳焰性能。

3、因此，将超燃冲压发动机结合展向喷注燃烧和脉冲喷注技术能够实现更高效、更稳定的燃烧过程，进一步提升发动机的性能。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种超燃冲压发动机展向脉冲喷注装置，通过设计四个缓冲空腔、泄压管路以及缓冲弹性件，当阀芯开启或关闭时，管路中会由于压强的变化而产生水击效应，同时产生脉冲迟滞现象，当管路中压力变化时，缓冲弹性件被压缩或回弹，有效减小了水击效应，并且加快了燃油从管路进入第二空腔的速率，进而加快其喷射速率，减小了脉冲迟滞现象，提高脉冲频率。

2、技术方案：一种超燃冲压发动机展向脉冲喷注装置，包括展向喷射缸体和至少两个并列与展向喷射缸体连通的脉冲喷注组件，所述展向喷射缸体内部设置有横向管路，以及至少两组喷射管路，所述喷射管路一端连通横向管路，另一端连通燃烧室，所述横向管路通过喷注管路连接脉冲喷注组件的出油口，所述横向管路两端通过螺栓封闭，所述脉冲喷注组件包括沿燃油流通方向依次安装的第一阀体、第二阀体、设置在第二阀体出口端的可活动阀芯以及喷头座；

3、所述第一阀体内设置有贯通的第一阀体通孔以及设置在靠近第二阀体一端的第一空腔，所述第一空腔内设置有复位弹性件，所述第一阀体通孔的内径小于第一空腔的内径；

4、所述第二阀体内设置有贯通的第二阀体通孔，所述阀芯上端设置有中空且与阀芯连接一端带喷油孔的阀杆，所述阀杆可滑动的设置在第二阀体通孔内，所述阀杆上端与复位弹性件连接；

5、所述喷头座嵌入式安装在喷射缸体内，所述喷头座通过设置在喷射缸体外侧的第一阀座固定安装在喷射缸体内，所述喷头座的燃料进口与阀芯外形相匹配，且与阀芯在同一轴线上，所述喷头座的燃料出口管与喷注管路连通；

6、所述第一阀座与上端设置有第二阀座，所述第一阀座与第二阀座连接处的中部，设置有容纳阀芯移动的第二空腔；

7、所述第二阀座上端嵌入式设置有第三阀座，所述第三阀座与第二阀座连接处开设有至少两个沿第二阀体轴线对称的缓冲空腔，所述缓冲空腔内设置有缓冲弹性件，所述缓冲弹性件包括挡油环以及设置在挡油环背腔的缓冲弹簧，所述缓冲空腔靠近缓冲弹簧一端设置有与第二空腔连通的泄压管路。

8、脉冲喷注组件作为脉冲发生器安装在展向喷注缸体上，实现展向脉冲喷注，在超燃冲压发动机中，高速、高压的来流使得靠近侧壁的空间燃料喷射较少，导致该区域的燃料混合不均匀，雾化效果不佳，燃料难以点燃或燃烧效果不佳，使用展向喷注能够改善喷雾形态，使得燃料更均匀地分布，在燃烧室内合理分配燃料喷射比例，这有助于避免燃料过度集中在燃烧室中心区域，同时增加了对侧壁的燃料喷射，改善侧壁区域的燃烧状况，脉冲喷注结合展向喷注可以实现更加灵活和精准的燃烧控制，提高超燃冲压发动机在不同工况下的动态响应性能，使得超燃冲压发动机能够更快地适应不同的负载和速度要求，优化燃料燃烧过程，结合脉冲喷射的精准控制，提高了燃料燃烧效率，提高发动机性能。

9、本发明为更进一步提高展向脉冲喷注装置的脉冲响应速度，缓冲空腔内部设有缓冲弹性件，缓冲弹性件的弹簧段与所述第二阀体相抵，另一端为挡油环，缓冲空腔底部设有泄压管路。当阀芯开启或关闭时，管路中会由于压强的变化而产生水击效应，同时产生脉冲迟滞现象，当阀芯向上抵至第三阀体通孔端口，管路中压力增大，此时管路中压力大于第二空腔，缓冲弹性件被压缩，挡油环背面压力通过泄压管路泄至第二空腔中，当阀芯向下移动时，由于燃油流入第二空腔中导致管路压力减小，当管路压力小于缓冲弹性件弹力时，缓冲弹性件向外回弹，加快燃油进入第二空腔的速率。缓冲空腔能够吸收和分散水击效应产生的压力波，使得压力波的传播速度减缓，并且将部分能量转化为压力波外部的动能，并且能够够吸收水击效应产生的振动能量，减少管道的震动和振动幅度，调节流体在管道中的流动状态，使流体流动更加平稳稳定。缓冲空腔能够维持管路内部稳定的压力，在发生压力突变时，缓冲空腔能够迅速响应，提供或者吸收燃油压力，从而减小脉冲迟滞的时间，脉冲迟滞会导致燃油喷射的不均匀和不稳定，影响燃烧过程的效率和质量，通过设置缓冲空腔，可以减小脉冲迟滞，提高燃油喷射的精准度和稳定性，优化燃烧过程，提高燃烧效率和发动机的工作性能，通过设置缓冲空腔以及缓冲弹性件，从而减小由阀芯开启或关闭而产生的水击效应以及脉冲迟滞现象。

10、所述复位弹性件上端与第一空腔上端相抵，下端与所述阀杆上端相抵，所述阀芯的下端在复位弹性件未受力时与喷头座的燃料进口嵌合，所述第一阀体和第二阀体外侧设置有套筒，所述套筒外侧包裹有导电线圈，所述导电线圈外侧套装有线圈套筒，所述导电线圈外接电源并通过开关控制电流通断。

11、导电线圈包裹在套筒外，线圈套筒、设于线圈外部，隔磁座设于第二阀体、与线圈套筒之间，第一阀体、第二阀体、阀芯、套筒为导磁材料制成，线圈通电后，第一阀体、第二阀体、阀芯和套筒在磁场作用下被磁化，磁通流过形成闭合回路，阀芯在磁力作用下，克服复位弹性件的弹力沿轴线方向运动。通过周期性磁化阀体和阀芯可以控制阀芯的吸附和释放，从而实现对脉冲喷射的精确控制，通过设置简单、稳定和可靠的脉冲控制装置，降低了喷注系统的故障率，提高了喷注系统的可靠性和稳定性，通过设置控制装置对线圈的通断电控制从而调节脉冲喷注的频率，提高脉冲喷注的响应速度。

12、设置包裹在第一阀体与第二阀体外的套筒，所述套筒为磁性材料制成，设置套筒隔开第二阀体与隔磁座的直接接触，保证第二阀体的磁化效果，提高第二阀体的磁化强度，从而产生更强的磁场，增强了吸附阀芯的吸附力，使阀芯能够更迅速地被吸附或释放，从而提高了喷注装置响应时间，提高了脉冲喷注装置的响应速度。

13、所述复位弹性件上端与第一空腔上端固定连接，下端与阀杆固定连接，所述阀杆通过封板与复位弹性件下端固定连接，所述第二阀体上开设有至少两个沿第二阀体通道对称的泄压通道，所述泄压通道将缓冲空腔和第一空腔连通，所述复位弹性件高度为第一空腔高度的1/2，所述阀芯的上端在复位弹性件的预紧力下与第二阀体通孔的燃料出口紧密贴合，所述第一阀座与喷头座连接一端的外侧设置有导电线圈，所述导电线圈外侧设置有线圈套筒，所述导电线圈外接电源并通过开关控制电流通断。

14、所述第三阀座上端固定设置有台阶状的隔磁座，所述隔磁座上端与线圈套筒固定连接，内侧与套筒贴合，且所述隔磁座的下端将套筒与第三阀座隔开，所述挡油环和隔磁座均为铝铜合金材料制成。

15、隔磁座设于第二阀体与线圈套筒之间，用于隔绝磁场使缓冲弹性件不受磁场影响，隔磁座采用不能磁化的材料构成，当线圈通电时，阀芯受磁力作用克服弹力向上抵接至第三阀体通孔端口，此时燃油管路封闭，当线圈断电后，阀芯受弹性件弹力向下移动，此时燃油管路流通，控制装置控制阀芯如此往复运动。

16、所述第二阀座为铝铜合金材料。

17、第二阀座为第一阀座和第三阀座之间的隔磁部件，在提供足够的刚度前提下，不受电磁影响，使缓冲弹性件不受磁场影响。

18、所述缓冲空腔沿第二阀体通孔呈十字形环绕设置，所述缓冲空腔的轴线相交于第二阀体通孔的轴线上。

19、所述第二阀体通孔靠近阀芯设置有第三阀体通孔，所述第三阀体通孔的内径小于第二阀体通孔的内径，所述喷头座内由第二空腔到喷头座的燃料出口设置有内径不同的第一燃料出口管路和第二燃料出口管路，所述第一燃料出口管路的内径大于第二燃料出口管路的内径。

20、逐级缩小的内径，使燃油在通过时，所受压力逐渐增大流速加快，在最终的展向喷射时能够提供足够的初速度，使燃油雾化效果更好。

21、所述第二阀体通孔与第三阀体通孔连接处为梯形平滑连接，所述第二空腔下半部分为弧形连接至所述第一燃料出口管路，所述第一燃料出口管路与第二燃料出口管路连接处为梯形平滑连接，所述喷头座与所述阀芯接触的端口设有角度为45°的倒角。

22、弧形平滑连接提供了更大的过渡区域，降低压力损失，改善流体的流动特性，弧形的结构会使流体更顺畅地通过，降低了流体的流动阻力，减少流体在流动过程中的突变，降低了流体运动时的涡流和湍流的形成，使得流动更加稳定，由于减小了流体通过时的阻力和湍流的产生，弧形的空腔设计可以降低流体在其中流动时的压力损失，有利于提高流体在第二空腔的流动速度，减小由于管路直径缩小而造成的压力损失，提高了整体的流体运动效率。 由于管路直径的突然变化会导致流体的压力突变，而梯形的平滑连接可以缓解这种压力突变，梯形的平滑连接可以逐渐调整管道直径，使得流体在连接处的流动更加平稳和连续，减少流体在管道内部的阻力损失，减少了管路内部的涡流和湍流的产生，有利于流体的稳定流动，提高了流体在管路中的流动效率。

23、所述喷射管路设置为四条且竖直布置于所述横向管路底部，所述喷注管路竖直布置且底端与所述横向管路连通，以缸体内两条喷注管路的出口端口为起止点，横向管路设置的四条喷注管路分别位于全长的1/5，2/5，3/5和4/5处，所述两组脉冲喷注组件对称分布。

24、四个分布距离相等的喷射管路使燃料在燃烧室内均匀分布，改善了燃烧特性，减少燃料在燃烧室内的局部浓度差异和不合理分布，降低燃烧不完全的现象，将四个喷口以展向从燃烧室中央至两侧分布，使得燃料更合理的分布于燃烧室，提高了雾化的效果和油气混合的水平，降低了侧壁效应对燃烧过程的干扰。将两个脉冲喷注装置对称布置在四个喷油管路的两端，可以实现先两端喷油管路先喷油、中部喷油管路后喷油的喷油顺序，两端喷油管路先喷油可以使得燃料先喷注至超燃冲压发动机燃烧室的侧壁区域，由于在超燃冲压发动机燃烧室中，中部的来流压力大于侧壁区域，使得中部燃料的雾化效果和速度均高于侧壁区域，燃料先喷注至超燃冲压发动机燃烧室的侧壁区域提早燃料在侧壁区域开始雾化的时间，并且增加了整合雾化过程的时间，提高了雾化效果，减少了超燃冲压发动机燃烧室侧壁区域和中部区域的燃料浓度差异，进一步减少侧壁效应的影响，进一步优化了燃料的分布，使得整个燃烧过程更加高效。

25、所述喷射管路截面为椭圆形，长轴长度为4mm，长短轴比为4，所述四条喷射管路相对来流方向呈不同角度设置，迎风方向从超燃冲压发动机内壁左侧至右侧依次为90°，45°，135°，90°。

26、椭圆形截面的喷孔设计能够产生更均匀和更稳定的喷雾形态，喷出的燃料颗粒分布更加均匀，形成更加细腻和均匀的喷雾，由于椭圆形的喷孔结构更加流线型，流体在喷孔内部的流动更加平滑和连续，减少了流体与喷孔壁面之间的碰撞损失，从而减少燃料喷射时的碰撞损失，有利于提高燃料利用率和能量转化效率，有利于燃料与空气的充分混合，提高燃烧效率。设计迎风角度依次90°，45°，135°，90°，使喷出的燃料颗粒在超燃冲压发动机燃烧室中的分布更加均匀，形成更加均匀的喷射锥形，从而使得燃料与空气更充分地混合，同时能够合理分布燃料在燃烧室中央与侧壁区域的比例，由于在燃烧室中央的来流速度和压力均高于壁面边界部分，而喷雾截面与来流的接触面积越大，来流对喷雾的弯曲作用就越强，从而使穿透深度减小，设置不同的迎风夹角使得在燃烧室中壁面边界部分的低压区的喷雾截面与来流的接触面积最大，减小燃烧室中部的高压区的喷雾截面与来流的接触面积，使喷孔射流穿透深度一致，提高了燃烧效率。

27、有益效果：本发明通过脉冲喷注组件和展向喷注方式的结合，通过设计两组脉冲喷注组件置于一个展向喷注缸体上，以此实现脉冲喷注与展向喷射的结合，设计两组脉冲喷注组件提高了脉冲喷注的稳定性，提高了脉冲喷注的喷油量。燃油通过逐级缩小的管道使流速加快，并增加了燃油压力，同时降低管道回流产生的影响，提高了脉冲喷注器的喷射速度。控制装置控制阀芯沿轴线方向周期性动作，进而控制燃油管路的周期性连通，通过控制装置控制脉冲喷注装置的连通，进而实现对脉冲频率的控制。通过设计四个缓冲空腔、泄压管路以及缓冲弹性件，当阀芯开启或关闭时，管路中会由于压强的变化而产生水击效应，同时产生脉冲迟滞现象，当管路中压力变化时，缓冲弹性件被压缩或回弹，有效减小了水击效应，并且加快了燃油从管路进入第二空腔的速率，进而加快其喷射速率，减小了脉冲迟滞现象，提高脉冲频率。