脉冲爆震火箭发动机引射模态的实验研究

采用航空煤油和氧气作为推进剂,对脉冲爆震火箭发动机（PDRE）引射模态进行了实验研究。研究的引射器参数包括引射器与PDRE的直径比、引射器的长径比以及引射器相对位置。结果表明引射器与PDRE直径比和引射器的长径比较大时有更好的增推效果。在引射器与爆震管重叠距离为1．5倍爆震管直径时．4种尺寸引射器均获得最大增推效果,其中最大推力增益为22％。     

多分支管脉冲爆震火箭发动机的实验研究

为了探索新的脉冲爆震火箭发动机(PDRE)构型,以单管构型为基准,实验研究了爆震波从单管向双分支管、三分支管和四分支管传播的情况.结果表明分支管内也可形成爆震波,但是随着分支管数目的增加,爆震波衰减越明显.新的PDRE构型也会影响发动机的推力性能,其中双分支管PDRE和三分支管PDRE的推力性能得到了改善,分别比单管PDRE提高了73.28%和18.38%,四分支管PDRE的推力则由于爆震波过度衰减而降低了4.89%.     

供气方式对脉冲爆轰火箭发动机工作频率影响的试验研究

为了研究不同供气方式对以汽油/空气为推进剂的脉冲爆轰火箭发动机(PDRE)爆轰过程和频率的影响,设计加工了切向进气、切向/轴向混合进气和切向/径向/轴向组合进气的3种进气道装置,分别安装在内径为80 mm的爆轰管上进行试验,成功实现了PDRE的多循环工作.研究表明:增加进气孔数量与合理的设置进气方式,可以提高PDRE工...     

脉冲爆轰发动机进气压力对爆轰影响的实验研究

为了研究脉冲爆轰发动机进气压力对爆轰过程的影响,对以汽油空气混和物为燃料的脉冲爆轰发动机进行了实验研究.实验得到了工作频率为33 Hz和40 Hz的稳定爆轰波,其峰值压力分别为1.5～1.8 MPa和1.3～1.8 MPa.实验结果表明,空气进口压力对点火起爆过程及爆轰频率等具有大的影响,当进口空气压力降低,点火起爆过程变难,爆轰频率下降.实验结果对脉冲爆轰发动机机理研究及实验装置改进等具有一定的参考价值.     

脉冲爆震发动机内轴对称压力场研究

为了研究脉冲爆震发动机内压力波系的特点,推导了二维时空守恒元与求解元(CE/SE)方法,将该方法用于无喷管和带收敛扩张喷管2种脉冲爆震发动机内流场的计算中.计算结果表明,脉冲爆震发动机由于爆震波的存在使其内压力出现强问断;带收敛扩张喷管的脉冲爆震发动机由于喷管的存在,发动机内压力场由爆震波及其后产生的一系列反射压缩渡和膨胀波相互作用、相互叠加而成.计算结果对脉冲爆震发动机的机理及流场特性研究具有重要的参考价值.     

无阀式汽油/空气两相脉冲爆轰发动机试验研究

设计加工了直径为80 mm的无阀式汽油/空气两相脉冲爆轰发动机,在试车台内开展了10～20 Hz工作频率及0.14～0.16 MPa进气压力工况条件下的试验,研究了脉冲爆轰发动机内燃烧转爆轰过程.通过分析动态压力传感器上采集得到的信号,给出了点火开始至爆轰波形成时间在不同工况下的变化情况.结果表明,脉冲爆轰发动机可以在10～20 Hz工作频率下稳定工作;增大进气压力与提高爆轰发动机工作频率,有助于燃烧转爆轰的形成.研究结果为脉冲爆轰发动机燃烧转爆轰机理以及设计运行提供了参考.     

激波聚焦起爆脉冲爆震发动机性能分析

为研究激波起爆脉冲爆震发动机的性能,建立了其性能计算的简化模型和计算方法,计算分析了共振腔直径为90 mm时,推力、耗油率等主要性能参数随共振腔进口气流参数条件及飞行条件的变化.计算结果表明,随着共振腔进口气流总压的升高,发动机推力增大,耗油率降低,而随着进口气流总温的升高,发动机推力减小,耗油率降低;随着飞行马赫数的增大,发动机的推力和耗油率增大,而随着飞行高度的升高,发动机的推力和耗油率减小.     

混合式脉冲爆震发动机性能分析

针对一种小型涡喷发动机和脉冲爆震发动机(PDE)的混合推进系统,介绍了其结构组成及工作过程,建立了性能计算的简化数学模型,分析了其飞行性能及涡喷发动机效率特性的影响.结果表明,为降低耗油率,提高单位推力,涡喷发动机最佳增压比为5～8,最佳涡轮前燃气温度为1200～1 300K;保持PDE进口压力不变,随着飞行马赫数的提高和飞行高度的降低,发动机推力下降,总耗油率升高;随着压气机和涡轮效率的降低,PDE单位推力变化不大,耗油率明显升高.     

中心锥鳞片阀吸气式脉冲爆轰发动机推力试验研究

为提高吸气式脉冲爆轰发动机的推力,进行了中心锥鳞片阀与中心锥钝体阀吸气式脉冲爆轰发动机（PDE）的对比试验研究,并对多循环吸气式脉冲爆轰发动机工作过程的受力状况进行分析。研究结果表明：采用压电式力传感器能准确测量多循环吸气式脉冲爆轰发动机的平均推力;在10 Hz相同工况下,中心锥鳞片阀吸气式PDE的平均推力是中心锥钝体阀吸气式PDE平均推力的2.05倍。研究结果对多循环吸气式PDE推力的直接测量以及提高吸气式PDE的推进性能具有重要意义。     

脉冲爆震发动机压力测试与分析

阐述脉冲爆震发动机对数据采集的要求,自主研制脉冲爆震发动机的实验原型和数据采集系统。采用汽油为燃料,压缩空气为氧化剂,进行脉冲爆震发动机原理性试验。所测得爆震波压力接近充分发展的理想爆震波压力,测得的速度与理论值接近。结果表明该实验原型可以产生脉冲爆震波,自主研制的数据采集系统满足脉冲爆震发动机测试系统的要求。     

基于环形喷管的脉冲爆轰发动机爆轰声波声学特性

喷管结构对爆轰发动机性能和爆轰声波声学特性具有重要的影响。为探究环形喷管作用下脉冲爆轰声波的声学特性,基于脉冲爆轰发动机搭建了自由空间内爆轰声波实验系统,针对环形喷管作用下爆轰声波时频域特性、声场指向性和持续时间等声学特性进行实验研究。结果表明：在该实验条件下,环形喷管改变了爆轰声波的能量分布,对爆轰声波的声学特性有重要的影响;环形喷管作用下的爆轰声波在0°方向的上升沿持续时间最长;90°方向上峰值声压最高,衰减速度最快,衰减幅度最大;爆轰声波呈现出明显的90°方向凸出的指向性;爆轰强声的A持续时间随着传播角度的增大而逐渐减小。     

喷管对脉冲爆轰发动机爆轰噪声影响的实验研究

喷管不但可以增加脉冲爆轰发动机推力,而且对脉冲爆轰发动机噪声的形成与传播也具有重要作用。为探索脉冲爆轰发动机爆轰噪声形成机理及控制技术,搭建了脉冲爆轰发动机噪声测试实验系统,在不同位置不同角度对3种不同类型喷管的脉冲爆轰发动机爆轰噪声特性进行了研究。研究结果表明,收敛扩张喷管对于减小脉冲爆轰发动机爆轰噪声幅值作用最为明显,在0°方向3 000 mm处可以达到77.13%的降幅;对于收敛喷管,收敛角度越大指向性越明显,而扩张和收敛扩张喷管的喷管出口面积越大指向性越不明显;喉部直径48 mm的收敛扩张喷管与管口直径280 mm和320 mm的扩张喷管对参考半径影响最为显著,参考半径由1 600 mm减小至800 mm. 研究结果对于爆轰噪声机理研究以及脉冲爆轰发动机工程化应用具有重要参考意义。     

旋转爆震发动机工作特性试验研究

为研究旋转爆震发动机的工作特性,在以H_2/air为推进剂的发动机模型上进行试验,利用离子探针和高频压力传感器分别采集火焰信号和压力信号,改变空气质量流量,分析并对比了高、低质量流量下发动机的点火、稳定传播及熄火过程中火焰和压力波的变化情况。结果表明:火焰与压力波的主频相同,是耦合传播的,传播速度可达1 660 m/s;对于低质量流量(75.37 g/s),靠近燃烧室入口的离子探针的离子信号峰值大于远离燃烧室入口的离子信号峰值;对于高质量流量(102.125 g/s),远离燃烧室入口的离子探针的离子信号峰值大于较近点的离子信号峰值;新鲜反应物填充对靠近燃烧室入口的点的作用时间长于较远的点;压力信号瞬时频率的相对标准差小于火焰信号;小流量的点火时间短于大流量;切断H_2供给后火焰比压力波更早熄灭。     

脉冲爆轰发动机冲击波外流场数值模拟

为了研究脉冲爆轰发动机冲击波外流场的变化特点,利用CE/SE方法,推导了二维粘性湍流模型的网格数学离散模型.计算中采用标准k-ε两方程湍流模型,对于近壁区域采用低雷诺数模型进行处理.模拟得到了脉冲爆轰发动机外流场中压力、温度的变化规律.模拟结果表明,脉冲爆轰发动机外流场中存在相互作用的旋涡、激波和膨胀波.模拟结果对脉冲爆轰发动机外流场特性研究具有重要的参考价值.     

基于特征线的脉冲爆震发动机推进性能分析

为了准确分析汽油/空气脉冲爆震发动机(PDE)的推进性能,根据x-t平面上带喷管的PDE传播模型,考虑了进气道、主爆震燃烧室和喷管对PDE性能的贡献,利用特征线法给出了一种PDE性能的计算方法.通过研究飞行马赫数和发动机结构参数对推进性能的影响,得出了不同飞行马赫数下,PDE性能的变化趋势;发动机性能与PDE结构参数存在定量关系.研究结果对PDE结构参数设计和性能优化提供了依据.     

火箭发动机流场快速计算方法研究

为了获得适用于火箭发动机喷管迭代优化的流场快速计算方法,采用CFD方法从气体参数和计算区域2个方面研究了不同火箭发动机数值仿真方法所引入的偏差和计算效率的差异.研究发现,采用等效单组分气体和仅内流的计算方法可以在将计算效率分别提升2.5倍和14.5倍的同时保持计算精度.因此,从计算精度和计算效率2个方面进行综合考虑,建议在工程设计中采用仅内流的简化计算方法进行火箭发动机的推力评估.     

脉冲爆轰发动机爆轰噪声场区域划分及其数值模拟

为了探究脉冲爆轰发动机（PDE）爆轰噪声的传播机理,根据爆轰噪声不同的非线性强度,将PDE爆轰噪声传播区域划分成强非线性区、弱非线性区和线性区3个部分,并分别采用不同的方法对各部分所对应的3种不同控制方程进行求解。数值模拟结果表明：爆轰噪声峰值声压级在出口处迅速衰减,随着轴向距离的增加,衰减速度逐渐放缓;在强非线性区,衰减速度最大值可达33 dB/m;在弱非线性区,最小衰减速度为1.02 dB/m. 模拟结果对PDE爆轰噪声的传播特性研究具有参考价值。     

IPT模式在液体火箭发动机数字化设计中的应用

为了创新液体火箭发动机研制模式,大推力液氧煤油发动机首次采用了基于Pro/E+Intralink平台的三维数字化协同设计技术.在实现三维模型设计的同时,为了进一步提高工作效率,按照并行工程理念,采用了基于集成产品开发团队(Integrated Product Team,IPT)的数字化研制模式.结合液体火箭发动机研制特...     

固体火箭发动机水下工作推力特性的实验研究

为了研究固体火箭发动机水下工作时燃气射流流场及推力特性,在连接船体升降平台上开展了火箭发动机水下工作的实验研究。采用高速摄像系统观察了喷管燃气射流在开阔水域的扩展过程,获得了水下燃气射流形态演化过程;对水下火箭发动机的燃烧室压强及推力进行了测量,对比分析了在10 m、30 m、50 m三种水深条件下不同装药火箭发动机工作的推力特性。实验结果表明,发动机水下点火时,水环境与燃气之间的相互作用改变了燃气射流形貌,气液湍流掺混剧烈。随着水深的增大,燃烧室压力基本不变,发动机工作推力减小,水深从10 m增加到50 m时,三种发动机推力均降低了20%以上,且发动机推力与工作深度呈现非线性关系。在同一水深条件下,当发动机喷喉直径较小时,推力减小量较小;当燃烧室压强较小时,推力减小量较小。