專利名稱：一種水下氣液兩相發(fā)動機(jī)的氣泡發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種水下氣液兩相發(fā)動機(jī)的氣泡發(fā)生器。
背景技術(shù)：
水下氣液兩相發(fā)動機(jī)是利用爆震燃燒產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?，燃?xì)馀c摻混腔內(nèi)的水混合形成氣液兩相混合物，混合物在噴管內(nèi)進(jìn)一步加速，在加速過程中氣泡膨脹對水做功，使水在噴管出口速度大于入口速度，從而產(chǎn)生推力。在專利號為ZL 201120185634. O中文件中公開了一種氣液兩相發(fā)動機(jī)，其在啟動時，氣泡溢出壁面通孔后，氣泡在前后兩個方向都有膨脹，造成了額外的能量損失，從而導(dǎo)致此氣液兩相發(fā)動機(jī)靜止時啟動緩慢，達(dá)到最大推力并穩(wěn)定工作的時間較長。另外，該氣液兩相發(fā)動機(jī)氣泡發(fā)生管是圓筒狀的，氣流從前到后流動過程中，由于有氣泡不斷溢出管壁，導(dǎo)致后部氣壓降低，膨脹做功能力會不斷減弱。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型提出了一種水下氣液兩相發(fā)動機(jī)的氣泡發(fā)生器，其管壁通孔向后傾斜，在發(fā)動機(jī)啟動過程中，氣泡溢出時有向后的初速度，更易于氣泡向后膨脹，對水做功產(chǎn)生推力；氣泡發(fā)生管有一定的收斂角度，可以延緩氣泡溢出后管 內(nèi)的壓力下降，更有益于氣流對水做功。技術(shù)方案本實用新型的技術(shù)方案為所述一種水下氣液兩相發(fā)動機(jī)的氣泡發(fā)生器,包括連接法蘭和氣泡發(fā)生管；氣泡發(fā)生管入口與水下氣液兩相發(fā)動機(jī)的爆震管出口通過連接法蘭同軸固定連接；在氣泡發(fā)生管管壁上沿軸向均勻開有若干排壁面通孔，同一排的壁面通孔沿管壁周向均勻分布，且同一排的壁面通孔孔徑相同；其特征在于氣泡發(fā)生管為從入口到出口收縮的管狀結(jié)構(gòu)，收縮角為1.0° 2.3° ;氣泡發(fā)生管壁面通孔孔徑為Imm 8mm,壁面通孔總面積不超過氣泡發(fā)生管側(cè)壁面積的5 %，從氣泡發(fā)生管入口到出口，壁面通孔孔徑分段逐漸增大；壁面通孔中心軸線與氣泡發(fā)生管中心軸線夾角為40° 60°，壁面通孔出口朝向氣泡發(fā)生管出口方向。有益效果本實用新型提出的一種水下氣液兩相發(fā)動機(jī)氣泡發(fā)生管，一方面，在發(fā)動機(jī)啟動過程中，高壓燃?xì)馔ㄟ^壁面通孔與摻混腔內(nèi)的水摻混形成氣泡，通過開孔方向控制氣泡的膨脹方向，在發(fā)動機(jī)初始啟動時就有向后的初速度，使水在摻混腔內(nèi)產(chǎn)生更大的有效推力；另一方面，高壓燃?xì)馔ㄟ^氣泡生成管過程中，由于管道是收斂的，延緩了氣體由壁面通孔溢出使流量下降而造成壓力下降，有益于更好地排水做功。
圖I :本實用新型所用于發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 :本實用新型的半剖圖；圖3 :電磁閥和點火器的控制時序圖；其中1、燃料電磁閥；2、氧化劑電磁閥；3、點火器；4、隔離器電磁閥；5、爆震管；6、Shchelkin螺旋；7、連接法蘭；8、壁面通孔；9、氣泡發(fā)生管；10、擴(kuò)壓器；11、摻混腔；12、噴管；13、支承肋板。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例描述本發(fā)明 參照附圖1，該實施例中的水下氣液兩相發(fā)動機(jī)包括爆震管5、氣泡發(fā)生管9、擴(kuò)壓器10、摻混腔11和噴管12。本實施例中，爆震管5采用的是“L”形管狀結(jié)構(gòu)，其中封閉端為豎直方向，高溫燃?xì)夂捅鸩ǖ某隹诙藶樗椒较?。在爆震管封閉端端面上安裝有點火器3，封閉端側(cè)面上開有燃料進(jìn)口和氧化劑及隔離劑進(jìn)口，通過燃料電磁閥I、氧化劑電磁閥2和隔離器電磁閥4進(jìn)行控制。為了在爆震管內(nèi)快速形成爆震波，確保實現(xiàn)爆震管每次點火產(chǎn)生的燃燒波傳至爆震管出口時已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸鸩ǖ哪康模诒鸸?內(nèi)壁焊有一段Shchelkin螺旋6作為爆震增強(qiáng)裝置。采用的燃料為航空煤油，氧化劑為壓縮氧氣，隔離氣為壓縮氮氣；點火器3為防水火花塞，點火能量為50mJ。發(fā)動機(jī)內(nèi)燃料和氧化劑的供給壓力均大于摻混腔11內(nèi)水壓，航空煤油/氧氣混合物的當(dāng)量比約為1.0。氣泡發(fā)生管的入口與爆震管的出口通過連接法蘭7同軸固定連接，氣泡發(fā)生管9從入口到出口收縮的管狀結(jié)構(gòu)，收縮角為1.0° 2. 3°，本實施例中氣泡發(fā)生管9入口內(nèi)徑為30mm，與爆震管5內(nèi)徑相同，出口內(nèi)徑為12mm，軸向長度為500mm。在氣泡發(fā)生管9管壁上沿軸向均勻開有10排壁面通孔8，同一排的壁面通孔沿管壁周向均勻分布，且同一排的壁面通孔孔徑相同。以最接近氣泡發(fā)生管入口處的一排壁面通孔為第一排壁面通孔，內(nèi)徑為1mm，第二排壁面通孔內(nèi)徑為I. 5mm,以后的每一排壁面通孔內(nèi)徑比前一排壁面通孔的內(nèi)徑大O. 5mm,至第十排壁面通孔內(nèi)經(jīng)為5. 5_。相鄰兩排壁面通孔之間的軸向間距相等，均為30_。壁面通孔總面積不超過氣泡發(fā)生管側(cè)壁面積的5%。壁面通孔中心軸線與氣泡發(fā)生管中心軸線夾角為40° 60°，本實施例中壁面通孔中心軸線與氣泡發(fā)生管中心軸線夾角為45°，壁面通孔出口朝向氣泡發(fā)生管出口方向，使得發(fā)動機(jī)啟動時氣流從孔中溢出時帶有向后的速度，利于發(fā)動機(jī)的啟動。擴(kuò)壓器10、摻混腔11和噴管12依次密封焊接固定，摻混腔為空心薄壁圓柱結(jié)構(gòu)，擴(kuò)壓器和噴管為空心薄壁圓臺結(jié)構(gòu)。摻混腔11與氣泡發(fā)生管9通過均勻分布的3段支承肋板13同軸固定連接，且3段支承肋板13的軸向截面面積和小于氣泡發(fā)生管9軸向截面面積的5%，盡可能減小對水的阻擋作用。氣泡發(fā)生管與摻混腔固定連接后，氣泡發(fā)生管的首排壁面通孔處于擴(kuò)壓器進(jìn)口后方，氣泡發(fā)生管的出口處于噴管出口之前。本實施例中的水下氣液兩相發(fā)動機(jī)進(jìn)行工作狀態(tài)測試時，環(huán)境壓力和環(huán)境溫度分別為I. 01325 X IO5Pa和288. 15K。通過爆震通用計算軟件CEA程序(ChemicalEquilibriumand Applications)計算出的航空煤油/氧氣氣相爆震壓力4. 36MPa。測試中，發(fā)動機(jī)整體處于水下O. 5m深處，發(fā)動機(jī)內(nèi)燃料和氧化劑的供給壓力均大于水壓，3個電磁閥以及點火器的控制時序如圖3所示氧化劑電磁閥3和燃料電磁閥I的占空比為O. 3，相位為O，；點火器的占空比為O. 01，相位108° ;隔離電磁閥4的占空比為O. 3，相位為252°。通過在爆震管內(nèi)的爆震燃燒產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?，高溫高壓燃?xì)膺M(jìn)入氣泡發(fā)生管后，一部分高溫高壓燃?xì)馔ㄟ^氣泡生成管側(cè)面的壁面通孔進(jìn)入摻混腔與水很合而形成氣液兩相混合物，氣液兩相混合物在噴管內(nèi)進(jìn)一步加速，加速過程中氣泡在福德壓力梯度下膨脹，由于壁面開孔傾斜，氣體溢出時帶有較大的水平方向的速度，因此在膨脹時對水做功只有向后的 方向，增加其動量而產(chǎn)生有效推力；另一部分高溫高壓氣體通過氣泡生成管出口排出，高溫高壓氣體推動噴管內(nèi)的水向后運動，產(chǎn)生推力。
權(quán)利要求1.一種水下氣液兩相發(fā)動機(jī)的氣泡發(fā)生器，包括連接法蘭和氣泡發(fā)生管；氣泡發(fā)生管入口與水下氣液兩相發(fā)動機(jī)的爆震管出口通過連接法蘭同軸固定連接；在氣泡發(fā)生管管壁上沿軸向均勻開有若干排壁面通孔，同一排的壁面通孔沿管壁周向均勻分布，且同一排的壁面通孔孔徑相同；其特征在于氣泡發(fā)生管為從入口到出口收縮的管狀結(jié)構(gòu)，收縮角為1.0° 2. 3° ;氣泡發(fā)生管壁面通孔孔徑為Imm 8mm,壁面通孔總面積不超過氣泡發(fā)生管側(cè)壁面積的5%，從氣泡發(fā)生管入口到出口，壁面通孔孔徑分段逐漸增大；壁面通孔中心軸線與氣泡發(fā)生管中心軸線夾角為40° 60°，壁面通孔出口朝向氣泡發(fā)生管出口方向。
專利摘要本實用新型提出了一種水下氣液兩相發(fā)動機(jī)的氣泡發(fā)生器，氣泡發(fā)生管為從入口到出口收縮的管狀結(jié)構(gòu)，收縮角為1.0°～2.3°；壁面通孔中心軸線與氣泡發(fā)生管中心軸線夾角為40°～60°，壁面通孔出口朝向氣泡發(fā)生管出口方向。在發(fā)動機(jī)啟動過程中，高壓燃?xì)馔ㄟ^壁面通孔與摻混腔內(nèi)的水摻混形成氣泡，通過開孔方向控制氣泡的膨脹方向，在發(fā)動機(jī)初始啟動時就有向后的初速度，使水在摻混腔內(nèi)產(chǎn)生更大的有效推力；高壓燃?xì)馔ㄟ^氣泡生成管過程中，由于管道是收斂的，延緩了氣體由壁面通孔溢出使流量下降而造成壓力下降，有益于更好地排水做功。
文檔編號F02K1/00GK202578941SQ20122022813
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月20日
發(fā)明者范瑋, 宋豪義, 朱宇, 姚奎光 申請人:西北工業(yè)大學(xué)