专利摘要

本发明公开了一种利用微尺度螺旋管道产生爆轰的装置，包括：基板，该基板上表面开设有从中心向外延伸的截面尺寸1‑10mm2的螺旋通道，该螺旋通道位于该基板中心的一端设有进气与点火通道，该螺旋通道的另一端设有排气与测压通道；盖板，贴合和在该基板上表面，封闭该螺旋通道构成一螺旋状燃烧室。本发明的爆轰装置，利用微尺度螺旋管道来营造一种更易起爆的条件，在缩短起爆时间的前提下，使起爆更加稳定，具有体积小和便携性强的特点，可以移动并应用到各种需要能量供给的场合，产生的高温高速气流可以直接用于动力推进，也可结合燃气轮机、发电机进行电力输出。

权利要求

1.一种利用微尺度螺旋通道产生爆轰的装置，其特征在于：包括：

基板，该基板上表面开设有从中心向外延伸的螺旋通道，该螺旋通道位于该基板中心的一端设有进气与点火通道，该螺旋通道的另一端设有排气与测压通道；

盖板，贴合和在该基板上表面，封闭该螺旋通道构成一螺旋状燃烧室；

盖板与螺旋通道顶面具有缝隙。

2.根据权利要求1所述的一种利用微尺度螺旋通道产生爆轰的装置，其特征在于：所述的螺旋通道的截面尺寸为1-10mm2。

3.根据权利要求2所述的一种利用微尺度螺旋通道产生爆轰的装置，其特征在于：所述的螺旋通道的截面为方形、椭圆形或圆形。

4.根据权利要求2所述的一种利用微尺度螺旋通道产生爆轰的装置，其特征在于：所述的螺旋通道为等速螺线结构。

5.根据权利要求1所述的一种利用微尺度螺旋通道产生爆轰的装置，其特征在于：所述的盖板为石英玻璃盖板。

说明书

技术领域

本发明涉及爆轰与燃烧技术领域，具体涉及一种利用微尺度螺旋通道产生超焓爆轰的装置。

背景技术

爆轰燃烧是一种近似于等容燃烧的燃烧方式，其特点是火焰传播速度极快、自增压以及热循环效率高等，因此利用爆轰燃烧方式的发动机与采用缓慢燃烧的发动机相比效率更高。在未来先进的空天飞行器的推进方式中，爆轰燃烧方式的发动机是一种非常理想的选择。可正是由于其火焰具有千米每秒级别的传播速度，要控制发动机内的爆轰燃烧十分困难，而采用脉冲爆轰的方式是一种较易控制的实现方案。但是现阶段脉冲爆轰发动机的实际性能与理论目标值具有相当大的差距，主要在于脉冲爆轰的频率提升困难，难以实现高频稳定的动力输出。

在影响脉冲爆轰发动机工作的因素中，有两个因素占主要影响：(1)从爆燃到爆轰状态转变(DDT，Deflagration to Detonation)的时间与距离，(2)点火前的燃烧室初始状态。即火焰要从静止加速到爆轰需要一定的时间和距离，并且在一次爆轰燃烧结束之后，同样需要一定的时间将已燃气从燃烧室排出并以新鲜的燃料与空气充满燃烧室准备下一次爆轰，这两个时间决定了发动机的工作频率范围。直接提高混合气流速可以缩短燃烧室初始状态的准备时间，但高流速下的点火困难，并且初始条件略微的变化就会导致不稳定爆轰甚至无法产生爆轰，这对发动机的稳定工作是极为不利的。因此，如何稳定的快速起爆对脉冲发动机来讲是至关重要的技术问题。

采用直管形式并缩小管径，是目前实现加速爆轰的有效解决方案。但采用此方案的爆轰燃烧室长度一般在1米或者几米左右，实际燃烧空间和体积无法进一步缩小。并且在相同的工况下，由于尺度的减小，点火会更加困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用微尺度螺旋通道产生超焓爆轰的装置，利用微尺度螺旋通道来营造一种更易起爆的条件，在缩短起爆时间的前提下，使起爆更加稳定。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种利用微尺度螺旋通道产生爆轰的装置，包括：

基板，该基板上表面开设有从中心向外延伸的螺旋通道，该螺旋通道位于该基板中心的一端设有进气与点火通道，该螺旋通道的另一端设有排气与测压通道；

盖板，贴合和在该基板上表面，封闭该螺旋通道构成一螺旋状燃烧室。

工作时，配好的燃气和空气混合气经进气与点火通道送入燃烧室，并达到所设定的燃烧室内压力值。进气与点火通道末端的点火器瞬时放电点火，即可获得火焰在极短时间极短距离内从静态加速到爆轰，产生的高温高速燃气可经排气与测压通道排出。吹扫后重复上述步骤即可获得单次毫秒级的脉冲式爆轰。

本申请采用了对压力波和激波的反射极其有利的螺旋管道，使得火焰在极短的空间内就可以发展到爆轰。

由于结构上使压力波与激波对火焰传播的加速极为有利，产生爆轰所需要的燃烧室内的热值与混合气浓度大大降低，以氢气/空气混合气为例，仅需要在高于1.5个大气压就可以实现爆轰。在低热值条件下实现爆轰燃烧，总能量大大降低，因而对燃烧器结构强度以及材料的要求大大降低。

由于螺旋通道可以利用前一次循环产生的热量预热后一次循环的燃气与空气，因而具有超焓回热的效果，进一步提升了燃烧效率。

在螺旋燃烧室内，使用了超焓燃烧的特性。如果从DDT开始计算，在整个爆轰期间的火焰传播速度多次超越了氢气/空气混合气理论CJ爆轰速度，火焰传播速度得到有效的维持和增强。

由于采用间歇进气和静止点火的方案，因而可以保证每次爆轰燃烧的实现，极大提升了爆轰发动机的工作稳定性。

在本申请的燃烧室内爆轰，其DDT位置与点火位置的直线距离仅为十毫米级，整个燃烧室直径在百毫米级，有效减小了爆轰燃烧器对空间的要求。

由于燃烧室的体积很小，极大缩短了爆轰发动机单次循环中扫气过程和充气过程所需要的时间，使其可以在更高的频率下工作。

进一步地，所述的盖板与所述的螺旋槽顶面具有缝隙。这个缝隙很小，对主燃烧区不产生影响，但是激波和已燃气体可以通过这个缝隙对外圈未燃气进行加热，使其提前爆轰，产生超焓预热的效果，进一步提升了火焰传播速度，缩短了发动机单次循环中燃烧过程所需要的时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过微尺度螺旋管道，可以营造一种压力波与激波更容易对火焰传播产生影响的条件，使得火焰在极短的空间内(毫米级长度)就可以发展到爆轰。

2、本发明的爆轰装置，可极大缩短DDT所需要的空间，可以更容易在小体积空间中实现爆轰燃烧，以氢气/空气混合气为例，从点火到触发DDT的位移约为10mm。

3、本发明的爆轰装置，具有体积小和便携性强的特点，可以移动并应用到各种需要能量供给的场合，产生的高温高速气流可以直接用于动力推进，也可结合燃气轮机、发电机进行电力输出。

附图说明

图1为本发明爆轰装置基板的正视图；

图2为本发明爆轰装置盖板的轴视图；

图3为本发明爆轰装置火焰路径的示意图；

图4为本发明爆轰装置超焓效应的示意图；

图5为本发明爆轰装置外接点火部件的示意图；

图6为本发明爆轰装置外接燃气轮机部件的示意图；

图7为本发明爆轰装置在一实施例的火焰照片；

附图标记说明：1-基板；2-进气与点火通道；3-螺旋通道；4-排气与测压通道；5-点火部件；6-燃气轮机部件；7-盖板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，一种利用微尺度螺旋管道产生爆轰的装置，包括一个金属的基板1和一个石英玻璃的盖板7。

基板1上表面开设有从中心向外延伸的螺旋通道3，螺旋通道3位于基板1中心的一端设有进气与点火通道2，位于基板1外侧的另一端设有排气与测压通道4。

进气与点火通道2用于通入燃料与空气混合气，并在其末端设置点火器，为混合气在燃烧室内达到要求后点火所用。排气与测压通道4为实时监测获取在火焰传播过程中燃烧室压力与排出已燃气体所用。

螺旋通道3为从中心向外的等速螺线结构，其截面为1～10mm2，截面形状不限，例如可以是方形、椭圆形、圆形等形状，本发明以方形为例。

盖板7贴合和在基板1上表面，用于封闭螺旋通道3从而构成一个螺旋状的燃烧室。

如图3所示，从中心点燃后，火焰会沿着螺旋通道3螺旋传播，并迅速加速到爆轰。

如图4所示，盖板7与螺旋通道3顶面具有缝隙，如此，火焰传播速度除了沿螺旋通道3的主燃区速度，已燃气体还可以通过螺旋通道3上方的缝隙进入外圈对未燃气体进行加热并使其提前燃烧，从而增加了火焰传播的径向速度，所以火焰在燃烧室内整体上的传播速度高于C-J爆轰速度。同时上一次燃烧结束之后的螺旋燃烧室高温壁面可以对下一次循环的新鲜混合气进行加热，可实现预热与回热的超焓燃烧效果。

工作时，配好的燃气和空气混合气经进气与点火通道2送入燃烧室，在达到所设定的燃烧室内压力值时，进气与点火通道2末端的点火器点火，即可获得火焰在极短时间极短距离内从静态加速到爆轰，产生的高温高速燃气经排气与测压通道4排出。

如图5所示，在排气与测压通道4的后面接入点火部件5，点火部件5可以根据需要设计长度与尺寸，将点火部件5的出口放置于所需要的位置即可实现使用爆轰燃烧后的高温高速已燃气体进行点火工作。

如图6所示，在排气与测压通道4的后面接入燃气轮机部件6，根据需求可以选择燃气轮机的大小与形状，可实现使用爆轰燃烧后的高温高速燃气推动燃气轮机做功。

下面以一个具体的实施例来说明本申请的爆轰过程：

如图7所示，将氢气/丙烷/空气混合气以当量比1.0，氢气占燃料体积分数90％，配好并充入燃烧室内，将燃烧室初始压力调节至2.5个大气压，静止后以电火花放电方式在燃烧室中心点火，在0.5～0.6ms之间发生DDT现象，发生DDT的位置与点火中心位置直线距离仅9～15mm。可以看到在0.7ms和0.8ms时刻在主火焰区外出现了预先着火的超焓现象。根据测算，爆轰后在燃烧室内峰值速度大于4000m/s，全局平均速度大于2300m/s。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

一种利用微尺度螺旋通道产生超焓爆轰的装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。