导弹用吸气式两相脉冲爆震发动机可行性研究

设计了内径为60 mm的吸气式两相脉冲爆震发动机,并在冷流条件下测试了进气道的流阻系数。在接近大气压条件下,成功地进行了以汽油为燃料、以空气为氧化剂的吸气式两相脉冲爆震发动机原理性试验。试验中在爆震管内部安装Shchelk in螺旋来促进爆震波的生成,所测量的爆震波压强接近充分发展的爆震波,发动机最高工作频率达到15 H z;进气道内压强变化幅度小于0.1 M Pa,说明所设计的进气道与爆震管匹配良好,这为将脉冲爆震发动机用于工程实际提供了技术储备。     

气动阀式脉冲爆震发动机推力因数

为了进一步研究脉冲爆震发动机(PDE)的有效推力,对影响有效推力的因数进行了研究.采用旋流式气动阀,在爆震管直径60 mm内成功实现了吸气式汽油/空气PDE的连续爆震燃烧.冷态状态下研究了PDE阻力和爆震管填充速度与冲压来流速度的关系,热态状态下研究了气动阀推力壁压力.对一个工作周期正反向推力和阻力的计算结果表明,PD...     

脉冲爆震发动机热力学性能分析

为确定脉冲爆震发动机具有飞行优势的可工作条件,分析了一种吸气式脉冲爆震发动机工作形式,提出了相应的热力循环过程,通过引入代表参与爆震循环工质与流入发动机内的总工质比的循环系数概念,研究了理想情况下脉冲爆震发动机比Brayton循环更具有优势时循环系数的容许限.结果表明:相比冲压发动机,脉冲爆震发动机要在飞行范围0~5马赫具有优势,循环系数必须高于0.8,当这两种类型发动机燃烧汽油相同时,对循环系数的要求将高于0.9.     

吸气式无阀脉冲爆震发动机DDT过程数值模拟

为了研究吸气式脉冲爆震发动机缓燃向爆震转变(deflagration to detonation transition,简称DDT)过程的特性,以丙烷和空气为燃料,对吸气式无阀脉冲爆震发动机的DDT过程进行二维数值模拟,并研究了点火能量和点火源数目对DDT过程的影响,分析了点火能量不同导致DDT过程差异的原因。数值模拟结果表明,在DDT过程中,激波以及反射激波的相互作用在爆震波的起爆方面起主导作用;在所模拟的小点火能量范围内,点火能量越高,DDT时间越短,但DDT距离却变化不大;在总点火能量一致的情况下,采用双点火源点火能够缩短DDT距离。     

装有脉冲爆震主燃烧室的燃气涡轮发动机热力性能计算

建立了用脉冲爆震燃烧室代替传统燃气涡轮发动机主燃烧室的热力性能分析模型,进行了装有脉冲爆震主燃烧室的混合式燃气涡轮发动机与传统燃气涡轮发动机在设计点的工作参数和性能参数的对比与分析,还比较了飞行状态改变时2种发动机性能变化趋势.计算结果表明:与传统燃气涡轮发动机相比,装有脉冲爆震主燃烧室的燃气涡轮发动机的单位推力提高27.1%,单位燃油消耗率降低21.3%;在飞行高度一定的情况下,随着飞行马赫数的增大,混合式发动机的单位推力减小,单位燃油消耗率增大;在飞行马赫数一定的情况下,随着飞行高度的增大,混合式发动机的单位推力增大,单位燃油消耗率降低;若使涡轮前燃气压力相等,则可以减少混合式发动机的压气机和涡轮的级数,减轻发动机的重量,提高发动机的推重比.     

频率对两相爆震波起爆特性影响的实验研究

为了掌握爆震频率对两相多循环爆震波起爆特性的影响规律,对采用高能火花塞点火的吸气式脉冲爆震发动机不同爆震频率下的起爆过程进行了试验研究,对比分析了不同频率下的PDE沿程压力分布,讨论了起爆特征参数,如DDT转变距离、着火延迟时间、DDT转变时间和起爆时间等,与爆震频率的变化关系。试验结果显示,随着工作频率增加,爆燃燃烧向爆震燃烧的转变有所加快。工作频率对着火延迟时间和爆震形成时间影响较大,对DDT时间影响很小,随着频率增加,着火延迟时间和爆震形成时间逐渐减小,而DDT时间略有下降。     

爆震燃烧横向声振现象的机理研究

发展了一种新型低能量(50 mJ)单级起爆系统,在内径为60 mm的脉冲爆震发动机模型上,采用汽油/空气混合物,成功地进行了两相脉冲爆震发动机原理性实验,所测量的爆震波压力接近充分发展的爆震波。通过实验发现,爆震反应区中存在频率范围为10~12 kHz以爆震管内径为特征尺度的横向声振现象。当对爆震波时间-压力曲线进行该频段范围的带阻滤波时,爆震波峰值压力显著降低,说明该横向声振现象对于爆压等特性参数具有较为明显的影响作用。根据爆震波的横向声振机制,提出了在爆燃向爆震转变过程及爆震自持过程中,通过抑止或促进这种横向声振机制来实现对爆震波及其转变过程进行控制的方法。     

脉冲爆震发动机引射器增推性能的实验研究

为了研究脉冲爆震燃烧这种耦合有复杂激波结构的非稳态脉动气流的引射增推性能,采用汽油为燃料、空气为氧化剂,对基于爆震燃烧的脉冲爆震发动机在加引射器前后的推力进行了实验测试。实验采用在技术比较成熟的内径60 mm脉冲爆震火箭发动机上安装内径120 mm的引射器,分别测试了15 Hz、20 Hz、25 Hz、30 Hz 4种不同频率下,引射器与发动机11种不同相对轴向位置处的推力增益。实验发现脉冲爆震发动机引射器能很好地提高发动机推力,当引射器入口位于发动机出口上游位置比处于其下游时推力增益较好,最大推力增益可达158%;并且发动机高频比低频产生的推力增益大。     

高频脉冲爆震火箭发动机的试验研究

文章采取了一些提高脉冲爆震火箭发动机工作频率的措施,并在脉冲爆震火箭发动机模型上进行了一系列试验研究。试验中对脉冲爆震火箭发动机模型的推力和沿程压力进行了测量,为了提高推力测量的准确性,该研究对推力测量系统进行原位校准。试验结果表明,该模型的工作频率能够达到40 Hz,校准后的推力测量结果接近理论推力。工作频率为35 Hz时,爆震压力峰值超过3.4MPa,该模型校准后的时均推力为43.9 N。工作频率为40 Hz时,爆震压力峰值3.2 MPa,该模型校准后的时均推力为50 N。     

爆震频率对脉冲爆震发动机性能影响的试验研究

从影响脉冲爆震发动机爆震频率的因素出发,采用汽油为燃料,空气为氧化剂,研究了爆震频率对脉冲爆震发动机性能的影响。试验测取了各个爆震频率下稳定爆震的化学当量比范围,同时测试了不同工况下的爆震波压力、推力及爆震波速,发现当爆震频率较低时,发动机的工作范围较宽,爆震波压力、波速接近充分发展的理想爆震波,说明已产生了稳定、充分发展的爆震,脉冲爆震发动机的平均推力随着爆震频率的提高接近线性增大;但是随着爆震频率的提高,它的稳定工作范围变窄,爆震的强度降低。     

自激吸气式脉冲射流装置压力及流动特性研究

针对自激吸气式脉冲射流装置的脉冲效果及其产生原因,开展装置冲击试验,测量装置腔体上典型测点压力和靶心冲击力时间历程,运用高速摄像技术观测装置内部水气流动过程,分析不同结构参数和运行参数下典型测点压力与冲击力脉冲效果,研究吸气量、典型测点压力和冲击力时间历程与水气流动过程之间的关系。研究结果表明:腔长、下喷嘴直径、工作压力和围压对吸气量有明显的影响;腔长和下喷嘴直径对碰撞体测点压力和冲击力脉冲效果均有较大影响,存在着最佳结构参数使装置吸气量、冲击力时均值最大且脉冲效果最好;工作压力、围压和吸气对冲击力时均值及其脉冲效果影响较大;装置吸气后腔内形成了气水旋转涡团,气水旋转涡团与吸气量、碰撞体测点压力和冲击力时间历程存在着明显的对应关系。     

超燃冲压发动机隔离段流场抗反压能力数值模拟

隔离段是双模态超燃冲压发动机实现双模态和模态转换的一个重要部件,同时,它把进气道和燃烧室隔离开,以防止燃烧室高压干扰进气道,引起进气道不启动.为了更清楚地捕捉流道内复杂激波链,本文使用三阶精度迎风MUSCL格式,K-ω湍流模型,对隔离段进行了数值计算.考虑到燃烧室的不同结构,本文主要针对几种燃烧室结构模型中隔离段抗反压能力进行了计算比较分析,特别是台阶结构可以有效的缓解燃烧室压力对隔离段的影响.     

障碍物强化爆震起爆和传播的数值模拟与验证

采用非稳态二维轴对称数值模拟的方法研究了圆环形障碍物对爆震起爆和传播的影响,并通过实验进行了验证。研究表明:爆震形成之前,激波的反射与聚交能够产生高温高压点,并大大提高该区域的反应速率,促成局部能量的快速释放,产生局部爆炸;火焰传播速度与相对于障碍物的位置有关,具有极高的脉动特性;DDT(deflagration to detonation transition)过程中迅速增压是在火焰传播到一定区域后开始,在该区域形成向2个方向传播的压缩波,向未燃区传播的压缩波不断加强形成爆震,向已燃区传播的压缩波称为回传爆震,不断衰减;障碍物导致爆震管中压力温度分布极不均匀,与没有障碍物的爆震管完全不同。     

自激吸气式脉冲射流装置压力及流动特性的研究

利用自制的射流试验平台对自激吸气式脉冲射流装置进行了冲击试验,测量了装置腔体上典型测点压力和靶心冲击力时间历程,运用高速摄像技术观测了装置内部水气流动过程,分析不同结构参数和运行参数下典型测点压力与冲击力脉冲效果,研究了典型测点压力、冲击力脉冲效果与水气流动过程之间的关系。研究结果表明：腔长、下喷嘴直径、工作压力和围压对吸气量有明显的影响;腔长和下喷嘴直径对碰撞体测点压力脉冲效果、冲击力时均值及其脉冲效果均有较大影响,存在着最佳结构参数使装置吸气量、冲击力时均值最大且脉冲效果最好;工作压力和围压对冲击力时均值及其脉冲效果影响较大;装置吸气后腔内形成了气水旋转涡团,气水旋转涡团与碰撞体测点压力和冲击力脉冲效果存在着明显的对应关系,解释了装置产生脉冲射流的原因。     

燃油温度对PDE性能的影响实验

在内径为110 mm的大管径爆震发动机模型上,以不同温度的煤油为燃料,空气为氧化剂,成功进行了脉冲爆震发动机(PDE)实验,并获得了爆震波;分别测试了在不同温度,相同频率下和相同温度,不同频率下,发动机性能(爆震波速、压力、起爆距离)的变化。实验发现燃油温度高低直接影响爆震效果,温度较高时,发动机较容易起爆,爆燃向爆震转变距离(Deflagration to Detonation Transition,简称DDT)缩短;在相同温度下,随着频率升高爆震波速下降。     

脉冲爆震火箭发动机模型实验研究

阐述了脉冲爆震火箭发动机的工作原理及其特点。设计并建立了整套脉冲爆震火箭发动机实验模型。以液体燃料航空煤油为燃料、氧气为氧化剂、压缩氮气为隔离气体，在内径为25mm，长度为0．8m的爆震管内产生了充分发展的爆震波。测量了不同工作频率下的爆震波压力，并对其进行了分析。实验结果表明，在设计的实验模型中，采用低的点火能量（50mJ）能够在较短的距离内产生充分发展的爆震波。     

基于FIRE的二甲醚-空气预混特性的模拟

为研究内燃机代用燃料的燃烧特性,在一台压燃式发动机上对二甲醚-空气在进气道内的预混特性进行了模拟.在选定初始条件的情况下,运用FIRE软件对GW4D20发动机进气道内气体流动进行了三维数值模拟,对相应的进气道速度流场进行了分析.结果表明:二甲醚在传统压燃式发动机上应用时,需要对其进气道进行结构优化,以改善混合气均匀性,并减少死区数量;其次,对进气歧管位置进行调整和对流体流动引导可以形成滚流,加速混合气的混合;此外,流量增加20%时,速度接近为0的区域减少,因此在进气前端加装增压装置,有利于混合气的预混.     

爆震管结构对脉冲爆震发动机性能影响研究

为了探究爆震管结构对无阀自适应式脉冲爆震火箭发动机性能的影响,采用汽油为燃料,富氧空气为氧化剂,对采用不同结构掺混段和障碍物的脉冲爆震火箭发动机进行了工作频率为20 Hz的无阀式多循环实验研究.研究结果表明,渐扩结构掺混段的使用可以缩短PDRE的DDT距离和DDT时间;螺旋凹槽和环形凹槽对DDT过程的加速效果较差;渐扩...     

带二次流增推尾喷管的脉冲爆震发动机数值模拟研究

为提升现有脉冲爆震发动机增推喷管性能,对带二次流尾喷管发动机分别在定常流和爆震多循环过程进行了数值模拟,研究了二次流尾喷管的流场并计算了其推进性能。结果表明,定常流动中,随着主流压力的升高,注入二次流对尾喷管推进性能的提升幅度逐渐降低;当爆震室内压力很高时,二次流的瞬时流量会自动降低或者停止注入,当爆震室压力较低时,二次流流量又会自动恢复;单管注入二次流对PDE平均推力和平均单位推力的提升率分别达到2.63%和0.36%;双管注入二次流达到5.96%和0.75%。     

基于缸内压力升高率对发动机爆震的研究

文章分析了氢发动机爆震时火焰传播变化机理,研究了净压力升高率和爆震的关系,建立了一种基于净压力升高率判定爆震的有效方法,即根据净压力升高率峰值的个数进行判定,可为异常燃烧的诊断提供参考。