自适应变频互控式脉冲爆震航空发动机及其使用方法
技术领域
本发明属于航空发动机领域，具体涉及自适应变频互控式脉冲爆震航空发动机及其使用方法。
背景技术
脉冲发动机为发动机的一种，其脉冲喷射的气流速度每秒可达5000米以上，并且具有结构较简单，推重比大等优点，因此，脉冲爆震发动机是解决高超声速飞行器动力需求较为理想的解决方案，具有非常大的研究价值。
现有的脉冲发动机如图一所示，由一端开口一端封闭的筒体A101构成，其中封闭的一端开设有进气孔102，进气孔中安装有单向阀103，单向阀103只进气不出气，使用时，气体由单向阀103进入到筒体A101中，喷油点火后，气体膨胀从筒体A101敞开的一端喷出，以此推动飞行器前进。该结构中，由于筒体A101的一端为敞开式，无拦截气体的机构，因此筒体A101内增压效果差，燃烧后动力不足，造成现有的脉冲发动机普遍的最高速度为800公里/小时。
针对该问题，目前中国研发了一种带有旋转阀门的脉冲爆震发动机，该发动机如图二所示，由两端开口的筒体B104构成，该筒体B104的两端的开口分别为进气口105和排气口106，进气口105处设置有进气旋转阀门107，排气口106处设置有排气旋转阀门108，进气旋转阀门107与排气旋转阀门108均由电机控制，当进气时，进气旋转阀门107打开，排气旋转阀门108关闭，空气进入到筒体B104内部，由于排气旋转阀门108拦截气体，因此筒体B104内部气压增大，当喷油点火时，进气旋转阀门107关闭，排气旋转阀门108打开，燃烧后的气体从排气旋转阀门108排出；该设计可避免筒体B104内增压效果差的问题，但由于电机带动旋转阀门开关的频率，即发动机的实际频率，与发动机吸气、燃烧、排气的频率，即发动机的自有频率，二者不同，因此当发动机实际频率大于自有频率时，会出现燃烧后的气体没排完，排气阀门就关闭了，或者进气还没完成，进气阀门就关闭了，导致发动机进气量少，动力不足；当发动机实际频率小于自有频率时，会导致发动机单位时间内燃烧次数少，降低发动机效率。
由于以上各种缺陷，导致脉冲发动机没有被大规模使用，严重的限制了脉冲发动机的推广和发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供自适应变频互控式脉冲爆震航空发动机及其使用方法，以解决目前脉冲发动机增压效果差、动力不足，以及由于发动机实际频率与自有频率不同导致的进气量少，排气不彻底，单位时间内燃烧次数少的技术问题，以实现发动机腔体内气压增高，提高动力，以及使工作频率与自有频率相等的技术效果。
本发明具体的技术方案如下：
自适应变频互控式脉冲爆震航空发动机，包括壳体，所述壳体内部设置有腔体，其特征在于：所述腔体中设置有隔板，所述隔板将该腔体分隔为腔体A和腔体B，所述腔体A上方设置有进气口A，所述腔体A下方设置有排气口A，所述腔体B上方设置有进气口B，所述腔体B下方设置有排气口B，所述进气口A的面积小于所述排气口A的面积，所述进气口B的面积小于所述排气口B的面积，所述腔体A和所述腔体B中均设置有喷油装置和点火装置，所述进气口A与所述进气口B处设置有进气阀，所述排气口A与所述排气口B处设置有排气阀，所述进气阀的上方设置有导流块，所述导流块与所述壳体固定连接，所述导流块下方靠近进气阀的位置设置有弹性缓冲装置A与弹性缓冲装置B，所述进气阀与排气阀之间连接有连杆机构。
作为优选，所述腔体A和腔体B为镜像对称设置的两个腔体。
作为优选，所述进气阀包括转轴A，所述转轴A转动连接于所述隔板上方，所述转轴A上固定连接有进气蝶片A和进气蝶片B。
作为优选，所述排气阀包括转轴B，所述转轴B转动连接于所述隔板下方，所述转轴B上固定连接有排气蝶片A和排气蝶片B。
作为优选，所述弹性缓冲装置A与所述弹性缓冲装置B均为气体缓冲装置。
作为优选，所述弹性缓冲装置A包括充气槽A，其开设于所述导流块下方，且位于所述进气蝶片A上方，所述充气槽A内填充有气体。
作为优选，所述弹性缓冲装置B与所述弹性缓冲装置A为镜像对称设置的两个结构相同的缓冲装置，所述弹性缓冲装置B包括充气槽B，其开设于所述导流块下方，且位于所述进气蝶片B上方，所述充气槽B内填充有气体。
作为优选，所述连杆机构置于所述壳体外部。
作为优选，所述连杆机构包括摆杆A，所述摆杆A固定连接于所述转轴A上，所述转轴A的端部伸出到所述壳体外部，所述摆杆A固定连接于所述转轴A的伸出端，所述摆杆A的两端分别固定连接有铰轴A和铰轴C，所述铰轴A的端部铰接有连杆A，所述铰轴C的端部铰接有连杆B，所述连杆A的另一端铰接有铰轴B，所述连杆B的另一端连接有铰轴D，所述铰轴B与所述铰轴D的另一端固定连接有摆杆B，所述摆杆B固定连接于所述转轴B上，所述转轴B的端部伸出到所述壳体外部，所述摆杆B固定连接于所述转轴B的伸出端。
一种如上所述的自适应变频互控式脉冲爆震航空发动机的使用方法，包括以下步骤：
A、启动腔体A中的喷油装置，向腔体A中喷油，喷入的油与腔体A中的空气混合，再启动点火装置进行点火，腔体A中的混合气体进行燃烧；
B、混合气体燃烧后产生大量废气，使腔体A中压强增大，排气蝶片A被推开，排气阀绕转轴B逆时针旋转，排气口A打开，腔体A中的废气从排气口A中排出，同时排气口B被排气蝶片B关闭；
C、排气阀通过连杆机构带动进气阀逆时针旋转，进气蝶片A将进气口A关闭，进气蝶片B将进气口B打开，空气从进气口B进入到腔体B中，同时，随着进气蝶片B的逆时针转动，进气蝶片B压缩弹性缓冲装置B，使充气槽B中的压强逐渐增大；
D、当腔体A中的排气结束后，弹性缓冲装置B对进气蝶阀B施加压力，使进气阀顺时针旋转，进气阀通过连杆机构带动排气阀顺时针旋转；
E、当进气阀顺时针旋转至将进气口B关闭时，启动腔体B中的喷油装置和点火装置，向腔体B中进行喷油点火，混合气体燃烧；
F、腔体B中的混合气体燃烧后产生大量废气，使腔体B中压强增大，排气蝶片B被推开，排气阀绕转轴B顺时针旋转，排气口B打开，腔体B中的废气从排气口B中排出，同时排气口A被排气蝶片A关闭；
G、排气阀通过连杆机构带动进气阀顺时针旋转，进气蝶片A将进气口A打开，进气蝶片B将进气口B关闭，空气从进气口A进入到腔体A中，同时，随着进气蝶片A的顺时针转动，进气蝶片A压缩弹性缓冲装置A，使充气槽A中的压强逐渐增大；
H、当腔体B中的排气结束后，弹性缓冲装置A对进气蝶阀A施加压力，使进气阀逆时针旋转，进气阀通过连杆机构带动排气阀逆时针旋转；
I、当进气阀逆时针旋转至将进气口A关闭时，启动腔体A中的喷油装置和点火装置，向腔体A中进行喷油点火，混合气体燃烧；
J、重复步骤B至I，使腔体A与腔体B轮流对外做功，完成发动机工作。
本发明的实施例至少具有以下有益效果：
1.本发明实施例包括“所述壳体内部设置有腔体，所述腔体中设置有隔板，所述隔板将该腔体分隔为腔体A和腔体B，所述腔体A上方设置有进气口A，下方设置有排气口A，所述腔体B上方设置有进气口B，下方设置有排气口B，所述进气口A与所述进气口B处设置有进气阀，所述排气口A与所述排气口B处设置有排气阀”的技术方案，通过设置进气阀和排气阀，可避免腔体A与腔体B中气体泄露，气压减小，从而解决现有脉冲发动机增压效果差、动力不足的技术问题，实现发动机腔体内气压增高，提高动力的技术效果。
2. 本发明实施例包括“所述进气阀的上方设置有导流块，所述导流块下方靠近进气阀的位置设置有弹性缓冲装置A与弹性缓冲装置B，所述进气阀与排气阀之间连接有连杆机构”的技术方案，通过设置连杆机构，可使进气阀和排气阀实现连动，通过设置弹性缓冲装置A与弹性缓冲装置B，可使进气阀在腔体内的燃烧废气排出之后自动反弹，自动切换腔体A和腔体B的进出气口的开关，从而实现发动机工作频率与自有频率相等的技术效果，解决了现有的脉冲爆震发动机，由于发动机实际频率与自有频率不同所导致的进气量少，排气不彻底，单位时间内燃烧次数少的技术问题。
3.本发明实施例包括“所述弹性缓冲装置A与所述弹性缓冲装置B均为气体缓冲装置，所述弹性缓冲装置A包括充气槽A，所述充气槽A开设于所述导流块下方，且位于所述进气蝶片A上方，所述充气槽A中填充有气体，所述弹性缓冲装置B与所述弹性缓冲装置A为镜像对称设置的两个结构相同的缓冲装置”的技术方案，通过将弹性缓冲装置设置为气体缓冲装置，可使弹性缓冲装置的结构简单，从而降低加工成本和零件损坏概率。
4. 本发明结构巧妙，在不使用电机的情况下实现上述功能，因此省略了电机和相应的供电装置，使发动机质量大幅度减轻，从而减小飞行器负担，增强发动机推送比。
附图说明
图1为背景技术中现有的脉冲发动机的整体结构示意图；
图2为背景技术中现有的带有旋转阀门的脉冲爆震发动机的整体结构示意图；
图3为本发明的整体结构示意图；
图4为图3的轴向剖视图；
图5为本发明腔体A排气，腔体B吸气状态下的结构示意图；
图6为本发明腔体A吸气，腔体B排气状态下的结构示意图；
图中：1.壳体；11.隔板；12.腔体A；13.腔体B；14.进气口A；15.进气口B；16.排气口A；17.排气口B；2.进气阀；21.转轴A；22.进气蝶片A；23.进气蝶片B；3.排气阀；31.转轴B；32.排气蝶片A；33.排气蝶片B；4.导流块；5.弹性缓冲装置A；51.充气槽A；6.弹性缓冲装置B；61.充气槽B；7.连杆机构；71.连杆A；72.铰轴A；73.铰轴B；74.连杆B；75.铰轴C；76.铰轴D；77.摆杆A；78.摆杆B；9.喷油装置；10.点火装置；101.筒体A；102.进气孔；103.单向阀；104.筒体B；105.进气口；106.排气口；107.进气旋转阀门；108.排气旋转阀门；109.电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了自适应变频互控式脉冲爆震航空发动机及其使用方法，通过设置进气阀2和排气阀3，可避免腔体A12与腔体B13中气体泄露，气压减小，从而解决现有脉冲发动机增压效果差、动力不足的技术问题，实现发动机腔体内气压增高，提高动力的技术效果。
此外，通过设置弹性缓冲装置A5与弹性缓冲装置B6，可使进气阀2在腔体内的燃烧废气排出之后自动反弹，自动切换腔体A12和腔体B13的进出气口的开关，从而实现发动机工作频率与自有频率相等的技术效果，解决了现有的脉冲爆震发动机，由于发动机实际频率与自有频率不同所导致的进气量少，排气不彻底，单位时间内燃烧次数少的技术问题。
以下结合附图及实施例对本发明的技术方案进行详细叙述：
本发明公开了自适应变频互控式脉冲爆震航空发动机，如图3、图4所示，包括壳体1，所述壳体1内部纵向设置有腔体，所述腔体中纵向设置有隔板11，所述隔板11将该腔体分隔为左右两个腔体，分别为腔体A12和腔体B13，所述腔体A和腔体B为镜像对称设置的两个腔体。
所述腔体A12上方设置有进气口A14，所述腔体A12下方设置有排气口A16，所述腔体B13上方设置有进气口B15，所述腔体B13下方设置有排气口B17，所述进气口A14的面积小于所述排气口A16的面积，所述进气口B15的面积小于所述排气口B17的面积，所述腔体A12和所述腔体B13中均设置有喷油装置9和点火装置10。
所述进气口A14与所述进气口B15处设置有进气阀2，所述排气口A16与所述排气口B17处设置有排气阀3，所述进气阀2的上方设置有导流块4，所述导流块4为锥形，所述导流块4与所述壳体1固定连接，所述导流块4下方靠近进气阀2的位置设置有弹性缓冲装置A5与弹性缓冲装置B6，所述进气阀2与排气阀3之间连接有连杆机构7。
具体的，所述进气阀2包括转轴A21，所述转轴A21的轴线沿所述隔板11的上边沿设置且转动连接于所述隔板11上方，所述转轴A21上固定连接有进气蝶片A22和进气蝶片B23，所述进气蝶片A22和进气蝶片B23为相对于转轴A21中心镜像对称设置的两个蝶片，且二者纵向横截面均为扇形，所述进气蝶片A22位于所述进气口A14处，所述进气蝶片B23位于所述进气口B15处，当进气阀2逆时针转动时，进气蝶片A22将进气口A14关闭，进气蝶片B23将进气口B15打开，当进气阀2顺时针转动时，进气蝶片A22将进气口A14打开，进气蝶片B23将进气口B15关闭。
具体的，所述排气阀3包括转轴B31，所述转轴B31的轴线沿所述隔板11的下边沿设置且转动连接于所述隔板11下方，所述转轴B31上固定连接有排气蝶片A32和排气蝶片B33，所述排气蝶片A32和排气蝶片B33为相对于转轴B31中心镜像对称设置的两个蝶片，且二者纵向横截面均为扇形，所述排气蝶片A32位于所述排气口A16处，所述排气蝶片B33位于所述排气口B17处，当排气阀3逆时针转动时，排气蝶片A32将排气口A16打开，排气蝶片B33将排气口B17关闭，当排气阀3顺时针转动时，排气蝶片A32将排气口A16关闭，排气蝶片B33将排气口B17打开。
具体的，所述弹性缓冲装置A5与所述弹性缓冲装置B6均为气体缓冲装置。
所述弹性缓冲装置A5包括充气槽A51，所述充气槽A51的纵向横截面为扇形，其开设于所述导流块4下方，且位于所述进气蝶片A22上方，所述充气槽A51中填充有气体，所述充气槽A51的的扇形横截面的圆心与所述进气蝶片A22的扇形横截面的圆心相重合，且两个扇形横截面的扇形半径相等，在所述进气蝶片A22在转动过程中，所述进气蝶片A22的弧形面与所述充气槽A51的弧形面始终贴合在一起，所述进气蝶片A22将所述充气槽A51密封为一个封闭的槽体。
所述弹性缓冲装置B6与所述弹性缓冲装置A5为镜像对称设置的两个结构相同的缓冲装置，所述弹性缓冲装置B6包括充气槽B61，所述充气槽B61的横截面为扇形，其开设于所述导流块4下方，且位于所述进气蝶片B23上方，所述充气槽B61内填充有气体，所述充气槽B61的的扇形横截面的圆心与所述进气蝶片B23的扇形横截面的圆心相重合，且两个扇形横截面的扇形半径相等，在所述进气蝶片B23在转动过程中，所述进气蝶片B23的弧形面与所述充气槽B61的弧形面始终贴合在一起，所述进气蝶片B23将所述充气槽B61密封为一个封闭的槽体。
具体的，所述连杆机构7置于所述壳体1外部。所述连杆机构7包括摆杆A77，所述摆杆A77固定连接于所述转轴A21上，所述转轴A21的端部伸出到所述壳体1外部，所述摆杆A77固定连接于所述转轴A21的伸出端，所述摆杆A77的两端分别固定连接有铰轴A72和铰轴C75，所述铰轴A72的端部铰接有连杆A71，所述铰轴C75的端部铰接有连杆B74，所述连杆A71的另一端铰接有铰轴B73，所述连杆B74的另一端连接有铰轴D76，所述铰轴B73与所述铰轴D76的另一端固定连接有摆杆B78，所述摆杆B78固定连接于所述转轴B31上，所述转轴B31的端部伸出到所述壳体1外部，所述摆杆B78固定连接于所述转轴B31的伸出端。所述摆杆A77与所述摆杆B78相平行，所述连杆A71与所述连杆B74相平行。
本发明的工作原理为：发动机在未启动之前，进气阀2与排气阀3均停留在水平方向，如图4所示，进气口A14、进气口B15、排气口A16，排气口B17均被进气阀2与排气阀3关闭，此时启动腔体A12中的喷油装置9，向腔体A12中喷油，喷入的油与腔体A12中的空气混合，再启动点火装置10进行点火，腔体A12中的混合气体进行燃烧。混合气体燃烧后产生大量废气，使腔体A12中压强增大，由于排气口A16的面积大于进气口A14的面积，因此在相同压强的情况下，废气作用于排气蝶片A32的力大于作用于进气蝶片A22的力，此时排气蝶片A32被推开，排气阀3绕转轴B31逆时针旋转，排气口A16打开，腔体A12中的废气从排气口A16中排出，同时排气口B17被排气蝶片B33关闭。
转轴B31带动摆杆B78逆时针转动，摆杆B78通过连杆A71和连杆B74带动摆杆A77转动，摆杆A77再通过转轴A21带动进气阀2逆时针旋转，进气蝶片A22将进气口A14关闭，进气蝶片B23将进气口B15打开，空气从进气口B15进入到腔体B13中，同时，随着进气蝶片B23的逆时针转动，进气蝶片B23压缩弹性缓冲装置B6，使充气槽B61中的压强逐渐增大，如图五所示。
当腔体A12中的排气结束后，进气阀2失去了逆时针转动的动力，此时弹性缓冲装置B6被压缩到最大，弹性缓冲装置B6对进气蝶阀B23施加压力，使进气阀2顺时针旋转。转轴A21带动摆杆A77顺时针转动，摆杆A77通过连杆A71和连杆B74带动摆杆B78转动，摆杆B78再通过转轴B31带动排气阀3顺时针旋转。
当进气阀2与排气阀3旋转至水平方向时，如图4所示，进气口A14、进气口B15、排气口A16，排气口B17均被进气阀2与排气阀3关闭，此时启动腔体B13中的喷油装置9和点火装置10，向腔体B13中进行喷油点火，混合气体燃烧。
腔体B13中的混合气体燃烧后产生大量废气，使腔体B13中压强增大，由于排气口B17的面积大于进气口B15的面积，因此在相同压强的情况下，废气作用于排气蝶片B33的力大于作用于进气蝶片B23的力，此时排气蝶片B33被推开，排气阀3绕转轴B31顺时针旋转，排气口B16打开，腔体B13中的废气从排气口B16中排出，同时排气口A16被排气蝶片A32关闭。
排气阀3通过连杆机构7带动进气阀2顺时针旋转，进气蝶片A22将进气口A14打开，进气蝶片B23将进气口B15关闭，由于腔体A12在之前的排气过程中，排出的气体在排气惯性的作用下使腔体A12中产生负压，因此此时进气蝶片A22将进气口A14打开，空气从进气口A14进入到腔体A12中，同时，随着进气蝶片A22的顺时针转动，进气蝶片A22压缩弹性缓冲装置A5，使充气槽A51中的压强逐渐增大，如图六所示。
当腔体B13中的排气结束后，进气阀2失去了顺时针转动的动力，此时弹性缓冲装置A5被压缩到最大，弹性缓冲装置A5对进气蝶阀A22施加压力，使进气阀2逆时针旋转，进气阀2通过连杆机构7和带动排气阀3逆时针旋转。
当进气阀2与排气阀3旋转至水平方向时，如图4所示，进气口A14、进气口B15、排气口A16，排气口B17均被进气阀2与排气阀3关闭，此时启动腔体A12中的喷油装置9和点火装置10，向腔体A12中进行喷油点火，混合气体燃烧。
重复上述过程，使腔体A12与腔体B13轮流对外做功，随着飞行器速度增加，进气压力增大，燃烧室气体燃烧速度会加快，所以频率会增加，直至飞行器进入平稳飞行状态。
本发明中的前、后、左、右、上、下等词语只为描述结构的方便，并不形成对技术方案的限定。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
