一种气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置

本发明涉及粉末燃料冲压发动机的燃料供给，特别是涉及一种气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置。

背景技术：

1、粉末燃料冲压发动机常用的燃料是高能粉末，例如镁、铝、硼及其混合物等。从本质上讲，粉末燃料冲压发动机是一种固体燃料冲压发动机，采用环境中高速进入的空气、水或二氧化碳（火星上）作为氧化剂，高能粉末作为燃料，燃料与氧化剂在燃烧室内发生化学反应，释放大量的热量，最终生成高温高压的燃气从喷管喷出产生推力。采用高能粉末作为燃料，具有能量密度高、比冲大、构造简单、推力可调节和能够实现多次点火启动等优点，同时粉末燃料使得发动机的储存和使用更加安全，燃料成本也大大减少。

2、对于粉末燃料冲压发动机，其燃料供应系统是发动机的核心部件。金属燃料在特定工况下需要持续稳定地供应，其难点在于金属粉末燃料的流化和如何将流态化的金属粉末送入高压的燃烧室，并且为实现发动机推力的调节和多次启动，金属燃料的供应量需要精确并且快速地调节，所以，对粉末燃料发动机燃料供应系统的研究很有意义。

3、在现有的粉末燃料供给装置中，通常是采用正向位移活塞的方法进行粉末流化输送，其原理是通过活塞推动粉末燃料，使粉末燃料逐渐接近粉末流出口进行粉末供给。该方案由于需使用活塞推动全部的粉末燃料移动，需消耗的能量较高，当装填大量粉末燃料的时候，粉末燃料与缸筒内壁的摩擦力增大，导致粉末燃料内部压力增大从而进一步增大了摩擦力，活塞移动严重受阻甚至卡死，并且缸筒内壁残留的粉末也会对活塞的移动产生阻力，从而对驱动活塞的气体或电机造成了极大的负荷。并且如果采用电机推动活塞的话需要一个较长的螺杆，降低了空间利用率。

4、因此，本领域亟需一种新的粉末燃料供给装置，用于解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置，用于解决上述现有技术存在的技术问题，降低透气活塞移动过程中所受到的阻力，从而减少能量损坏，并且采用气体驱动，提高了空间利用率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明公开了一种气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置，包括装置主体，所述装置主体内滑动连接有一个透气活塞，所述透气活塞将所述装置主体的内腔分为粉末装填腔室和驱动气腔室，所述粉末装填腔室位于所述透气活塞靠近所述装置主体的底部一侧，所述驱动气腔室位于所述透气活塞靠近所述装置主体的顶部一侧，所述装置主体的顶部设有进气孔和粉末燃料出口，所述装置主体的底部设有粉末装填口，所述透气活塞设有多个导气槽，所述导气槽用于将所述驱动气腔室内的气体吹向所述粉末装填腔室的四周内壁上，所述透气活塞位于所述粉末装填腔室内的一侧设有节流装置，所述节流装置远离所述粉末装填腔室的一端通过柔性管与所述粉末燃料出口相连通。

4、优选的，所述装置主体的顶部安装有位移传感器，所述位移传感器的刚性探测杆穿过所述装置主体的顶部并伸入到所述装置主体的内部，所述透气活塞滑动连接于所述刚性探测杆上。

5、优选的，所述装置主体的内部顶端固定有电机支撑座，所述电机支撑座上固定有蜗轮蜗杆电机，所述蜗轮蜗杆电机的输出轴上固定有工字轮，所述工字轮上缠绕有限速钢丝的一端，所述限速钢丝的另一端固定于所述透气活塞上。

6、优选的，所述装置主体包括缸筒、顶部法兰和底部法兰，所述透气活塞滑动连接于所述缸筒内部，所述顶部法兰和所述底部法兰分别抵接于所述缸筒的顶部和底部的开口处，所述顶部法兰和所述底部法兰之间通过若干个固定螺杆固定。

7、优选的，所述顶部法兰靠近所述缸筒的一侧设有顶部密封槽，所述顶部密封槽内设有顶部o型圈；

8、所述底部法兰靠近所述缸筒的一侧设有底部密封槽，所述底部密封槽内设有底部o型圈。

9、优选的，所述顶部法兰上设有电机线孔；

10、所述顶部法兰和所述底部法兰上均设有一个检测泄压孔。

11、优选的，所述透气活塞包括镂空主体、多孔介质板和活塞盖板，所述镂空主体、所述多孔介质板和所述活塞盖板同轴心设置，所述镂空主体和所述活塞盖板通过螺栓固定，所述多孔介质板设置于所述镂空主体和所述活塞盖板之间，所述活塞盖板位于所述镂空主体靠近所述粉末装填腔室的一侧面上，所述镂空主体上设有环形通气口，所述环形通气口的外圈直径大于所述多孔介质板的直径，所述镂空主体的周向方向上均布多个所述导气槽。

12、优选的，所述镂空主体远离所述活塞盖板的一侧面上依次设有梯形环和楔形压盖，所述楔形压盖和所述镂空主体通过压盖螺栓固定，所述梯形环与所述镂空主体之间以及所述梯形环与所述楔形压盖之间均设有一个活塞o型圈。

13、优选的，所述粉末装填腔室内填充的粉末燃料包括铝粉、镁粉或硼粉；

14、所述驱动气腔室内充入的驱动气体包括氮气、氩气、空气或二氧化碳。

15、优选的，所述节流装置为紧定螺丝，所述紧定螺丝的中心设有贯穿的节流通道。

16、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

17、本发明采用反向位移透气活塞的方法进行粉末流化输送，保持粉末燃料不动，使透气活塞反向位移逐渐靠近粉末燃料，并且通过透气活塞的导气槽对缸筒内壁残留的粉末进行吹除。可以杜绝透气活塞在移动的过程中容易卡住的现象，并且减小了透气活塞位移过程中的能量消耗；

18、进一步的，本发明采用气体驱动透气活塞的方式，并结合蜗轮蜗杆电机对透气活塞进行限速，当驱动气腔室内的压力大于透气活塞当前移动速度所需的压力时，由于蜗轮蜗杆电机具有自锁的功能，透气活塞不会加速，只会按照蜗轮蜗杆电机释放限速钢丝的速度进行移动。为使限速钢丝所承载的负荷降低，通过调节透气活塞上的楔形压盖对活塞o型圈的压力，从而调节透气活塞所受到的摩擦力，以减少限速钢丝所受到的拉力载荷；

19、进一步的，本发明中在透气活塞的中心设置一可更换的节流装置，该节流装置与透气活塞使用螺纹连接，节流装置可实现粉末输送过程中流量的稳定控制，使气固两相流在节流装置处形成壅塞，此时可以通过调节上游压力来控制粉末流量。并且在柔性管的入口处使用节流装置可以限制进入管路的气固两相流的固/气质量比，防止气固两相流中粉末过于稠密，导致粉末堵塞在管路中；

20、进一步的，本发明中采用柔性管连接透气活塞和顶部法兰的粉末燃料出口，柔性管螺旋盘置在驱动气腔室内，在活塞运动过程中柔性管可伸展或折叠，以此节省缸筒的内部空间，从而增加缸筒内部粉末燃料的装填率；

21、进一步的，本发明中采用位移传感器监测透气活塞的位移量，并对时间进行积分从而得到透气活塞的移动速度。通过位移传感器得到的透气活塞移动速度，反馈调节蜗轮蜗杆电机的转速，以使透气活塞按照所需的速度移动。

技术特征：

1.一种气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置，其特征在于：包括装置主体，所述装置主体内滑动连接有一个透气活塞（5），所述透气活塞（5）将所述装置主体的内腔分为粉末装填腔室（6）和驱动气腔室（7），所述粉末装填腔室（6）位于所述透气活塞（5）靠近所述装置主体的底部一侧，所述驱动气腔室（7）位于所述透气活塞（5）靠近所述装置主体的顶部一侧，所述装置主体的顶部设有进气孔（16）和粉末燃料出口（81），所述装置主体的底部设有粉末装填口（14），所述透气活塞（5）设有多个导气槽（57），所述导气槽（57）用于将所述驱动气腔室（7）内的气体吹向所述粉末装填腔室（6）的四周内壁上，所述透气活塞（5）位于所述粉末装填腔室（6）内的一侧设有节流装置（54），所述节流装置（54）远离所述粉末装填腔室（6）的一端通过柔性管（8）与所述粉末燃料出口（81）相连通。

2.根据权利要求1所述的气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述装置主体的顶部安装有位移传感器（9），所述位移传感器（9）的刚性探测杆（91）穿过所述装置主体的顶部并伸入到所述装置主体的内部，所述透气活塞（5）滑动连接于所述刚性探测杆（91）上。

3.根据权利要求1所述的气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述装置主体的内部顶端固定有电机支撑座（12），所述电机支撑座（12）上固定有蜗轮蜗杆电机（13），所述蜗轮蜗杆电机（13）的输出轴上固定有工字轮（11），所述工字轮（11）上缠绕有限速钢丝（10）的一端，所述限速钢丝（10）的另一端固定于所述透气活塞（5）上。

4.根据权利要求1所述的气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述装置主体包括缸筒（1）、顶部法兰（2）和底部法兰（3），所述透气活塞（5）滑动连接于所述缸筒（1）内部，所述顶部法兰（2）和所述底部法兰（3）分别抵接于所述缸筒（1）的顶部和底部的开口处，所述顶部法兰（2）和所述底部法兰（3）之间通过若干个固定螺杆（4）固定。

5.根据权利要求4所述的气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述顶部法兰（2）靠近所述缸筒（1）的一侧设有顶部密封槽，所述顶部密封槽内设有顶部o型圈（21）；

6.根据权利要求4所述的气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述顶部法兰（2）上设有电机线孔；

7.根据权利要求1所述的气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述透气活塞（5）包括镂空主体（51）、多孔介质板（52）和活塞盖板（53），所述镂空主体（51）、所述多孔介质板（52）和所述活塞盖板（53）同轴心设置，所述镂空主体（51）和所述活塞盖板（53）通过螺栓固定，所述多孔介质板（52）设置于所述镂空主体（51）和所述活塞盖板（53）之间，所述活塞盖板（53）位于所述镂空主体（51）靠近所述粉末装填腔室（6）的一侧面上，所述镂空主体（51）上设有环形通气口，所述环形通气口的外圈直径大于所述多孔介质板（52）的直径，所述镂空主体（51）的周向方向上均布多个所述导气槽（57）。

8.根据权利要求7所述的气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述镂空主体（51）远离所述活塞盖板（53）的一侧面上依次设有梯形环（55）和楔形压盖（56），所述楔形压盖（56）和所述镂空主体（51）通过压盖螺栓（59）固定，所述梯形环（55）与所述镂空主体（51）之间以及所述梯形环（55）与所述楔形压盖（56）之间均设有一个活塞o型圈（58）。

9.根据权利要求1所述的气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述粉末装填腔室（6）内填充的粉末燃料包括铝粉、镁粉或硼粉；

10.根据权利要求1所述的气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置，其特征在于：所述节流装置（54）为紧定螺丝，所述紧定螺丝的中心设有贯穿的节流通道。

技术总结本发明公开了一种气体驱动逆向位移活塞式粉末燃料供给装置，涉及粉末燃料冲压发动机的燃料供给技术领域，包括装置主体，装置主体内滑动连接有透气活塞，透气活塞将装置主体的内腔分为粉末装填腔室和驱动气腔室，粉末装填腔室位于透气活塞靠近装置主体底部一侧，驱动气腔室位于透气活塞靠近装置主体顶部一侧，装置主体的顶部设有进气孔和粉末燃料出口，装置主体底部设有粉末装填口，透气活塞设有多个导气槽，导气槽用于将驱动气腔室内气体吹向粉末装填腔室的四周内壁上，透气活塞位于粉末装填腔室内的一侧设有节流装置，节流装置远离粉末装填腔室的一端通过柔性管与粉末燃料出口相连通。本发明能够降低粉末燃料供给过程中的能耗，且空间利用率高。技术研发人员：刘平安,孙殿龙,宋乃孟,花聪,徐珂靖受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23