一种基于空气振谐的脉冲喷嘴技术领域
本发明属于水射流切割、冲蚀脉冲喷嘴技术领域，尤其涉及一种基于空气振谐的
脉冲喷嘴。
背景技术
高压水射流技术是近代发展起来的一门新兴技术，其具备切割能力强、便于在狭
小空间作业等优点，在各个领域得到了越来越多的运用。脉冲水射流作为其中的一个分支，
与连续水射流相比，有更强的切割、冲蚀能力和更高的冲蚀比能，因此具有广阔的应用前
景。
为产生脉冲射流，国内外学者进行了大量研究。如公开号为CN1098337A的专利文
献公开了一种高效聚能振荡脉冲射流喷嘴及其生产方法，公开号为CN102133562A的专利文
献公开了一种多功能自激振荡磨料水射流发生装置，公开号为专利文献CN2699997Y的专利
文献公开了一种振荡脉冲射流喷嘴，上述三项技术都属于自激振荡脉冲喷嘴。但是上述喷
嘴为了产生自激振荡效果，喷嘴内部的振荡腔结构较为复杂，加工精度难以保证，而且由于
仅仅依靠该结构和特殊的边界条件产生振荡脉冲效果，其振荡频率难以控制。当然也有部
分学者对阻断式脉冲喷嘴和锤击式脉冲喷嘴进行了研究，但均存在一定的问题，无法在现
有的加工工艺基础上推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于空气振谐的脉冲喷嘴，本发明所述喷嘴结构简单，
易于加工且设计原理巧妙，能够利用气压的改变产生脉冲水射流。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种基于空气振谐的脉冲喷嘴，包括设有流体通道的底座，底座位于流体通道的出口
端处与喷头可拆卸连接，喷头外部罩设有罩体，罩体上对应喷头处设有出流孔；罩体与底座
之间形成设有进气孔的腔体，腔体通过进气孔和出流孔与外界连通，进气孔处设有封堵机
构。
所述进气孔可以设置在罩体或者底座上，通过封堵机构的封堵或开启，可以控制
腔体与外界的连通状态：封堵进气孔时，高速射流从流体通道、喷嘴和出流孔中射出时，会
将腔体内的空气卷走而使得腔体内形成真空，导致射流射出的环境发生变化，射流的能量
得到一定的消减，且在真空的作用下射流发散角会有所增加，进而改变了射流的流场结构，
此刻射流处于非自由射流状态，将进气孔开启时，空气进入腔体，腔体与大气压连通，此时
射流处于自由射流状态；然后通过不断切换进气孔的封堵、开启状态，可以得到频率稳定的
脉冲射流。
优选的，所述罩体与底座之间设有上、下端面通透的筒体，筒体两端分别与罩体和
底座过盈配合或螺纹连接，进气孔位于筒体上。
筒体的设计可以降低在底座或罩体上开设进气孔的加工难度。
优选的，所述的封堵机构为塞盖或塞板。
塞盖和塞板仅为最简单结构的封堵机构，塞盖和塞板可以通过人工或者自动机械
控制，实现对进气孔的封堵、开启的频率性作业。
优选的，所述的封堵机构包括与进气孔过盈配合或螺纹连接的套筒，套筒上、下端
面设有通孔，套筒下端面固设有弹簧，弹簧顶部设有用于封堵通孔的盖片。
优选的，所述的弹簧始终处于压缩状态。
作为优选的技术方案，通过采用弹簧的弹性实现盖片对套筒上端面通孔的封堵、
开启，进而间接实现进气孔的封堵和开启，降低了加工难度，而且脉冲的频率通过改变弹簧
的参数而得到调整。同样的，腔体的大小和容积量的改变，也可以实现对脉冲频率在0.5HZ-
30HZ之间的调整。
优选的，所述喷嘴嵌设于底座且通过与底座螺纹连接的端盖压紧。
由于需要根据实际应用更换不同口径的喷嘴，所以喷嘴与底座不一定是间隙配
合，需要设置端盖对喷嘴进行压紧。对于封堵喷嘴外壁与底座嵌孔之间间隙，需要采用端面
密封或黄铜垫密封实现封堵，使得射流只能从喷嘴中射出。
优选的，所述出流孔的孔径为喷嘴口径的1.3-1.5倍。出流孔的孔径与喷嘴口径的
比例对腔体内气压的调节影响较大，经过申请人的多次试验，选择最优的比值为1.3-1.5。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1）结构简单，易于加工，设计巧妙，本发明对喷嘴内部的结构无特殊要求，相对主流的
现有技术设计另辟蹊径：利用高速射流形成的卷吸作用联合空气的流通控制，对射流所述
的腔体内气压进行调节，进而形成频率固定的脉冲射流，不仅降低了喷嘴的加工难度，而且
保证了脉冲射流的频率稳定性和明显延长使用寿命；
2）对封堵机构的封堵、开启的频率和腔体内空间体积的大小进行调节，即可调节脉冲
射流的频率，操作方便。
附图说明
图1为具体实施方式中基于空气振谐的脉冲喷嘴的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。
如图1所示，一种基于空气振谐的脉冲喷嘴，包括设有流体通道的底座1，底座1位
于流体通道的出口端处嵌设有喷头6，且喷头6通过与底座1螺纹连接的端盖7压紧，喷头6外
部罩设有罩体8，罩体8上对应喷头6处设有出流孔9；罩体8与底座1之间设有上、下端面通透
的筒体2，筒体2两端分别与罩体8和底座1螺纹连接，筒体2上设有进气孔，进气孔与套筒3螺
纹连接，套筒3上、下端面设有通孔，套筒3下端面固设有处于压缩状态的弹簧5，弹簧5顶部
设有用于封堵通孔的盖片4。
本实施例通过压缩状态下的弹簧顶推盖板，对套筒的通孔进行封堵，进而实现进
气孔的封堵。本实施例所述技术方案工作状态如下：
①高速射流从流体通道、喷嘴和出流孔中射出时，会将腔体内的空气卷走，由于弹簧顶
推盖板对套筒通孔封堵，使得腔体与外界不连通，进而使得腔体内形成真空，导致射流射出
的环境发生变化，射流的能量得到一定消减，且在真空的作用下射流发散角会有所增加，进
而改变了射流的流场结构，此刻射流处于非自由射流状态；
②随着非自由射流状态的延续，腔体内真空度持续提升，当真空度达到一定程度时，盖
片在大气压的作用下克服弹簧推力而开启通孔，腔体与大气压连通，此刻射流处于自由射
流状态，即普通空气射流；但随着腔体内真空度的下降，盖片受到弹簧推力作用继而封堵通
孔，并逐渐进入非自由射流状态，如此循环往复，形成频率稳定的脉冲射流。
同时，还可以改变腔体内空间体积的大小以及弹簧参数，来对脉冲射流的频率进
行调整，满足本领域不同频率脉冲射流的需求。