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。     

吸气式脉冲爆震发动机反传数值研究

采用小能量点火方法,对吸气式脉冲爆震发动机的反传现象进行了数值研究。获得了反传现象的形成及传播特性。结果表明,吸气式脉冲爆震发动机的反传可以分为压力反传和燃气反传两部分。两者都是由缓燃和回传爆震引起的,回传爆震占主导作用。反传燃气的影响区域小于反传压力,由于尾部膨胀波的作用,反传燃气在一定位置会停止向上游进气道流动。反传压力会一直向进气道上游传播,并且迫使流道内的流体也向上游流动。等截面流道内反传压力减小的速度较慢,应对进气道进行优化设计。     

小能量点火脉冲爆震发动机DDT过程数值模拟

模拟了以小能量点火触发爆震的脉冲爆震发动机工作过程。采用有限速率化学反应模型,通过二阶迎风格式差分逼近二维欧拉方程,模拟以丙烷和空气为可爆混合物的脉冲爆震起爆和传播。采用CFD软件中spark ignition模型模拟实验中电火花塞点火。在模拟过程中可以清楚地观察到DDT过程。通过与CEA程序计算结果比较,发现两者C-J值误差小于4%,说明所采用的计算方法和网格生成方法可以用于小能量点火触发爆震的多循环数值模拟。     

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...     

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。     

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。     

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.     

脉冲爆震发动机总压损失系数对推力性能的影响

为了研究脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine,简称PDE)总压损失系数对推力的影响,采用经验数据和计算相结合的方法,并以直径180 mm,长度为2.2 m,带气动阀的脉冲爆震发动机为例,分别计算了PDE内总压损失系数在5、8、13.5、16、20时对PDE工作频率和推力的影响,并与实验数据进行了对比分析.计算表明;当损失系数从13.5增加到20时,推力下降27.3%;而总压损失系数从13.5减小到5时,推力增加78.8%.因此总压损失系数是PDE优化设计的重要参数.     

脉冲爆震发动机头部雾化、掺混实验研究

脉冲爆震发动机（PDE）内燃烧时间不足0．001s，对燃油和空气的混合提出了很高的要求。本实验采用基于激光散射理论的激光喷雾粒度分析仪，对不同工作条件下脉冲爆震发动机头部雾化、掺混进行了测量、研究，得到了不同状态下粒径大小和颗粒尺寸分布特性。证实了现有喷雾装置的优越性，并且为进一步雾化优化提供了方向。     

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。     

脉冲爆震发动机基本尺寸的确定

基于脉冲爆震发动机（PDE）的性能参数与结构参数之间的关系，针对汽车和甲烷两种燃料，计算了在一定的设计平均推力水平下，瞬时推力、爆震管长度、爆震管直径和爆震频率各量之间的依赖曲线。依此计算及设计思路，设计的两套模型PDE均能按要求正常工作，说明了该设计方法的可靠性，并为脉冲爆震发动机的结构方案设计提供了技术储备。     

喷管形式和环境压力对PDRE比冲的影响研究

采用数值模拟和实验的方法研究不同喷管形式(收敛型,扩张型和收敛扩张型)和环境压力对火箭式脉冲爆震发动机(PDRE)比冲的影响。数值模拟中采用有限速率化学反应模型,通过二阶迎风格式差分逼近二维欧拉方程,数值计算结果表明收敛型喷管对比冲的增益最大(17.20%),环境压力为0.5 atm时比冲最大。不同喷管形式的实验中利用推力传感器测量得到比冲,结果同样表明收敛喷管的比冲增益最大(18.67%),且数值模拟和实验的结果基本吻合。分别采用理想性能模型和热力循环模型研究环境压力对PDRE比冲的影响。结果表明,在环境压力小于1 atm时,两种模型的分析和数值模拟均呈现不同的结果,因此低压环境下发动机的比冲影响规律有待进一步实验验证。     

脉冲爆震外涵加力涡扇发动机总体性能研究

为研究外涵装有脉冲爆震燃烧室(PDC)的混合排气涡扇发动机性能,建立其性能模型。研究了隔离段总压恢复系数和外涵循环参数对PDC特性和整机性能的影响;分析了发动机性能参数对部件参数的敏感性;在相同设计循环参数下与传统加力涡扇发动机性能进行了对比。结果表明：提高隔离段总压恢复系数能够增大PDC增压比,提升发动机性能;风扇压比一定,涵道比增大,发动机耗油率和单位推力增大;风扇压比增大,涵道比在0.2～0.4时,单位推力先增大后减小,涵道比在0.4～0.5时,单位推力先增大后基本不变,涵道比在0.5～0.9时,单位推力一直增大,但增幅逐渐减小。不同涵道比下耗油率随风扇压比增大一直减小;发动机性能对直接影响外涵气流状态参数的部件参数敏感性高;由于PDC的增压特性,脉冲爆震外涵加力发动机仅利用外涵部分气流组织燃烧就可使单位推力与传统加力涡扇发动机相当,且耗油率在设计点降低27.7%,非设计点降低12.8%～26.8%。     

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...     

喷管尺寸对火箭发动机喷流噪声影响研究

为了研究喷管尺寸对火箭发动机喷流噪声声场分布的影响规律,采用LES与FW-H相结合的方法,针对不同喷管尺寸的高温燃气喷流气动声场进行了数值模拟,并分析了声场特性。数值结果表明,火箭发动机喷流远场噪声具有方向性,噪声声压级在离开喷流中心轴线40°处达到最大值;喷流噪声声场的声压级随着喷管尺寸的增大而增加。研究结果为不同尺寸的火箭发动机喷流噪声预测提供参考依据。     

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。     

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。     

脉冲爆震火箭发动机模拟运动的初步探索性实验研究

实验进行了火箭式脉冲爆震发动机系统在发射架上的模拟运动,发动机以汽油为燃料、压缩空气为氧化剂,并由自行研制的带有PLC可编程控制器装置控制发动机的点火频率和油气供给.对发动机系统运动模型做了实验研究,用高速摄影机测量了脉冲爆震发动机运动的位移并得到了发动机的冲量和比冲.     

不同类型射流起爆爆震波特性的数值研究

为了研究不同类型射流对起爆特性的影响,对3种不同类型射流起爆主爆震室中丙烷/空气可燃混合气体的过程进行了数值模拟。结果表明,现有计算条件下,亚声速射流不能在主爆震室中起爆爆震波,而超声速射流和爆震射流能够成功起爆;爆震射流的起爆时间和距离都比超声速热射流的要小;在爆震射流的起爆过程中,爆震射流的形成占用了绝大多数的时间,因此对形成爆震射流这一阶段进行有效的改进将可以减少主爆震管的总起爆时间。     

由两个悖论所引起的对脉冲爆震发动机推力的思考

脉冲爆震发动机是一种新概念发动机,近年来学术界对其进行了广泛的研究.在利用数值方法模拟脉冲爆震发动机产生推力的过程中,经常使用两种方法.本文通过提出悖论的方式分析了这两种计算方法,发现这两种方法之间有着内在矛盾,其中一种方法不能适用于脉冲爆震发动机推力的计算,问题的根源在于公式的适用性,其中一种方法将适用于定常流动的公式直接用于了非定常流动,于是形成了所谓的悖论.最后,本文提出了一个新的算法,利用这种算法,之前的两个悖论就可以迎刃而解了.