【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于等離子體點(diǎn)火助燃、等離子體活化裂解領(lǐng)域，具體涉及一種滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器。
技術(shù)介紹
1、低馬赫數(shù)條件下超燃沖壓燃燒室可靠重復(fù)點(diǎn)火，是拓展高超聲速飛行器使用范圍的前提條件。目前常用的點(diǎn)火方式是煙火點(diǎn)火器，能量大，點(diǎn)火可靠，但只能單次短時工作，不能多次重復(fù)點(diǎn)火。電火花或純等離子體電弧炬點(diǎn)火是常用的可重復(fù)點(diǎn)火方式，響應(yīng)迅速、可產(chǎn)生高活性化學(xué)物質(zhì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，但釋放出的能量與電源體積線性相關(guān)，無法滿足更大流量條件下實用化超燃沖壓等離子體可靠重復(fù)點(diǎn)火的需求。
2、空氣熱射流點(diǎn)火器可重復(fù)使用，但體積較大，同時穩(wěn)定工作當(dāng)量比范圍相對較窄，難以滿足飛行過程中機(jī)載需求。公開號為cn113217196b的專利技術(shù)專利申請“凹腔火焰穩(wěn)定器自引氣滑動弧等離子體射流點(diǎn)火器及點(diǎn)火方法”中提出的點(diǎn)火器兼顧滑動弧等離子體點(diǎn)火器與空氣熱射流點(diǎn)火器的優(yōu)點(diǎn)，但受限于流量較小，難以滿足更大流量燃燒室點(diǎn)火能量需求。需要結(jié)合滑動弧點(diǎn)火裝置和空氣熱射流優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化，設(shè)計一種新型點(diǎn)火裝置。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、我們期望可以通過調(diào)節(jié)油氣中的燃油流量實現(xiàn)激勵器在不同工作模式之間快速切換，使激勵器可在更寬的當(dāng)量比范圍內(nèi)正常工作，實現(xiàn)電能到還原性裂解組分和高溫燃?xì)獾幕瘜W(xué)能的級聯(lián)能量放大，促進(jìn)煤油燃料的蒸發(fā)及裂解，提高發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火和燃燒性能。
2、本申請?zhí)峁┑囊环N滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器，采用如下的技術(shù)方案：
3、一種滑動弧等離子體支持的油氣
4、所述一級組件包括中空的外殼陰極、間隔設(shè)于所述外殼陰極中的內(nèi)陰極、位于所述內(nèi)陰極內(nèi)的陽極與位于所述陽極一端和內(nèi)陰極一端間的絕緣體，所述外殼陰極一端和所述內(nèi)陰極一端連接，所述外殼陰極上設(shè)置有引氣管，所述引氣管連通所述外殼陰極和內(nèi)陰極之間的間隔，所述陽極的側(cè)壁和所述內(nèi)陰極內(nèi)側(cè)壁之間設(shè)置有空隙，所述間隔和所述空隙連通；
5、所述進(jìn)氣組件包括滑動弧預(yù)燃腔體，所述滑動弧預(yù)燃腔體外面套設(shè)有燃油霧化腔體，兩者之間形成燃油霧化腔，所述滑動弧預(yù)燃腔體遠(yuǎn)離外殼陰極的一端和所述燃油霧化腔體遠(yuǎn)離外殼陰極的一端之間形成第一狹縫，所述外殼陰極伸入所述滑動弧預(yù)燃腔體，所述滑動弧預(yù)燃腔體和所述空隙連通；
6、所述二級組件包括二級腔體，所述燃油霧化腔體位于所述二級腔體的一端內(nèi)，所述二級腔體外壁上設(shè)置有和燃油霧化腔連通的進(jìn)氣管，所述燃油霧化腔體上設(shè)有連通燃油霧化腔的二級燃油噴管。
7、通過采用上述技術(shù)方案，二級腔體外壁上的進(jìn)氣管用于通入純氧化劑或空氣，一部分煤油由二級燃油噴管進(jìn)入，氧化劑或空氣和該部分燃油均進(jìn)入燃油霧化腔，氧化劑或空氣促進(jìn)該部分燃油霧化，之后由第一狹縫噴入二級腔體內(nèi)，同時狹縫起到防回火作用。在點(diǎn)火助燃激勵器的二級組件（二級點(diǎn)火器）中心設(shè)置一級組件（一級點(diǎn)火器），形成在二級點(diǎn)火器中心設(shè)置一級點(diǎn)火器的模式。較小比例的油氣通過一級組件形成等離子體和小流量熱射流，大部分油氣進(jìn)入二級組件圍成的腔內(nèi)，在一級組件產(chǎn)生的滑動弧等離子體和小流量熱射流支持下，進(jìn)入二級腔體內(nèi)的二級的油氣，與一級組件噴出的滑動弧等離子體和小流量的一級熱射流火焰接觸并被持續(xù)點(diǎn)燃，形成一級組件與二級組件級聯(lián)工作的旋流火焰，且在二級腔體內(nèi)實現(xiàn)更穩(wěn)定的旋流火焰，也可在更寬的當(dāng)量比范圍內(nèi)正常工作。
8、當(dāng)二級組件通入的油氣當(dāng)量比接近一時，激勵器工作在高溫點(diǎn)火模式，二級腔體內(nèi)的旋流火焰溫度最高，在激勵器出口形成大流量高溫?zé)嵘淞鳎瑢崿F(xiàn)燃燒室的高溫點(diǎn)火功能。當(dāng)二級組件通入的油氣當(dāng)量比大于一時，激勵器工作在高活性助燃模式，未能完全燃燒的燃油經(jīng)過二級腔體內(nèi)旋流火焰，被無氧高溫環(huán)境裂解成大量還原性小分子的組分，這些小分子組分和熱射流噴入燃燒室后，可顯著促進(jìn)燃燒室內(nèi)燃油霧化蒸發(fā)，縮短燃燒室內(nèi)的點(diǎn)火延遲時間，從而產(chǎn)生助燃效果。由于在一級組件產(chǎn)生的滑動弧等離子體和小流量熱射流始終穩(wěn)定存在，可以通過調(diào)節(jié)二級油氣中的燃油流量實現(xiàn)激勵器在不同工作模式之間快速切換。
9、可選的，所述外殼陰極一端和所述內(nèi)陰極的一端螺紋連接，所述內(nèi)陰極的另一端的端面頂緊所述外殼陰極另一端的內(nèi)底壁或者所述內(nèi)陰極的另一端的端面所述外殼陰極另一端的內(nèi)底壁具有間距；
10、所述滑動弧預(yù)燃腔體外壁上設(shè)置有和其腔體內(nèi)部連通的二級補(bǔ)油補(bǔ)氣管。
11、通過采用上述技術(shù)方案，轉(zhuǎn)動內(nèi)陰極外露的螺紋端，使內(nèi)陰極的另一端的端面頂緊外殼陰極另一端的內(nèi)底壁，一級點(diǎn)火器工作在純氣態(tài)模式，引氣管通入的是純氣態(tài)氧化劑（空氣或純氧氣）。內(nèi)陰極和外殼陰極兩端分別連接形成一體式，空氣或純氧氣進(jìn)入間隔，又由間隔進(jìn)入空隙，在兩個陰極和陽極處擊穿空氣產(chǎn)生的滑動弧等離子體被從外殼陰極吹出進(jìn)入滑動弧預(yù)燃腔體，煤油從二級補(bǔ)油補(bǔ)氣管進(jìn)入滑動弧預(yù)燃腔體，與等離子體和氧化劑接觸被點(diǎn)燃，形成擴(kuò)散值班火焰并進(jìn)入二級腔體。進(jìn)氣管用于通入純氧化劑或空氣，一部分煤油由二級燃油噴管進(jìn)入，氧化劑或空氣和該部分燃油均進(jìn)入燃油霧化腔，以促進(jìn)該部分燃油霧化，霧化之后的油氣混合物由第一狹縫噴入二級腔體內(nèi)，與擴(kuò)散值班火焰接觸形成富燃火焰，繼續(xù)在二級腔體中燃燒；
12、當(dāng)內(nèi)陰極的另一端的端面和外殼陰極另一端的內(nèi)底壁具有間距時，一級點(diǎn)火器工作在油氣混合模式。引氣管通入的是空氣和煤油的油氣混合物，內(nèi)陰極和陽極擊穿油氣混合物產(chǎn)生的滑動弧等離子體直接點(diǎn)燃剩余的油氣混合物從空隙噴出火焰，另一部分油氣混合物從內(nèi)陰極和外殼陰極間的間隔向外殼陰極的出口處流動時，與內(nèi)陰極的空隙噴出火焰相遇也被點(diǎn)燃，共同從出口噴出一級組件，進(jìn)入滑動弧預(yù)燃腔體形成富燃預(yù)混火焰。富燃預(yù)混火焰與二級補(bǔ)油補(bǔ)氣管噴入的空氣相遇，未完全燃燒的燃油繼續(xù)燃燒，形成預(yù)混值班火焰。進(jìn)氣管用于通入純氧化劑或空氣，一部分煤油由二級燃油噴管進(jìn)入，氧化劑或空氣和該部分燃油均進(jìn)入燃油霧化腔，以促進(jìn)該部分燃油霧化，霧化之后的油氣混合物由第一狹縫噴入二級腔體內(nèi)，與預(yù)混值班火焰接觸形成富燃火焰，繼續(xù)在二級腔體中燃燒。
13、可選的，所述燃油霧化腔體和所述二級腔體之間形成環(huán)形腔，所述燃油霧化腔體上開設(shè)有多個小孔。
14、通過采用上述技術(shù)方案，純氧化劑或空氣由進(jìn)氣管進(jìn)入環(huán)形腔，之后通過小孔進(jìn)入燃油霧化腔并呈均勻分布，與進(jìn)入燃油霧化腔的煤油接觸，使煤油被霧化的更均勻和徹底。
15、可選的，所述二級腔體沿其長度方向的中部依次開設(shè)有兩個用于補(bǔ)充裂解燃油的燃油補(bǔ)充管。
16、通過采用上述技術(shù)方案，二級腔體上設(shè)置燃油補(bǔ)充管，可通過二級腔體內(nèi)高溫燃?xì)獾牧呀庾饔脤︻~外的燃油進(jìn)行裂解，產(chǎn)生更多的小分子燃料產(chǎn)物，提升對燃燒室的助燃效果，并減少對管壁的熱燒蝕。分別在二級腔體的上游和下游設(shè)置燃油補(bǔ)充管噴入燃油，調(diào)節(jié)燃油的裂解程度。在上游噴注時，燃油在激勵器內(nèi)停留時間長，裂解程度深。在下游噴注時，裂解程度短。
17、可選的，所述滑動弧預(yù)燃腔體遠(yuǎn)離所述外殼陰極的腔壁呈漸縮狀或呈漸縮漸擴(kuò)狀。
18、通過采本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器，其特征在于，包括一級組件（10）、進(jìn)氣組件（20）和二級組件（30）；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器，其特征在于，所述外殼陰極（11）一端和所述內(nèi)陰極（12）的一端螺紋連接，所述內(nèi)陰極（12）的另一端的端面頂緊所述外殼陰極（11）另一端的內(nèi)底壁或者所述內(nèi)陰極（12）的另一端的端面所述外殼陰極（11）另一端的內(nèi)底壁具有間距；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器，其特征在于，所述燃油霧化腔體（22）和所述二級腔體（31）之間形成環(huán)形腔（311），所述燃油霧化腔體（22）上開設(shè)有多個小孔（222）。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器，其特征在于，所述二級腔體（31）沿其長度方向的中部依次開設(shè)有兩個用于補(bǔ)充裂解燃油的燃油補(bǔ)充管（5）。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器，其特征在于，所述滑動弧預(yù)燃腔體（21）遠(yuǎn)離所述外殼陰極（11）的腔壁呈漸縮狀或呈漸縮漸
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器，其特征在于，所述二級腔體（31）遠(yuǎn)離所述外殼陰極（11）的一端呈漸縮狀或減縮漸擴(kuò)狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器，其特征在于，所述二級腔體（31）和所述燃油霧化腔體（22）遠(yuǎn)離外殼陰極（11）的一端形成第二狹縫（312）。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器，其特征在于，所述二級腔體（31）內(nèi)徑大于外殼陰極（11）外徑。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器，其特征在于，包括一級組件（10）、進(jìn)氣組件（20）和二級組件（30）；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器，其特征在于，所述外殼陰極（11）一端和所述內(nèi)陰極（12）的一端螺紋連接，所述內(nèi)陰極（12）的另一端的端面頂緊所述外殼陰極（11）另一端的內(nèi)底壁或者所述內(nèi)陰極（12）的另一端的端面所述外殼陰極（11）另一端的內(nèi)底壁具有間距；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器，其特征在于，所述燃油霧化腔體（22）和所述二級腔體（31）之間形成環(huán)形腔（311），所述燃油霧化腔體（22）上開設(shè)有多個小孔（222）。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的滑動弧等離子體支持的油氣級聯(lián)點(diǎn)火助燃激勵器，其特征在于，所述二級腔體...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：崔巍，賈敏，張志波，吳云，宋慧敏，
申請(專利權(quán))人：中國人民解放軍空軍工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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