供气含氧量对脉冲爆轰发动机性能影响的实验研究

为研究氧化剂中含氧量对脉冲爆轰发动机性能的影响,对采用不同含氧量的压缩气体作为氧化剂的火箭式脉冲爆轰发动机进行了实验研究.实验结果表明,压缩气体中舍氧量变化对爆轰波压力有较大影响,在压缩气体中适当提高氧气含量,能显著促进爆轰的转变;爆轰波峰值压力随着舍氧量的提高而增大,并能在爆轰管中形成稳定的爆轰.采用氧气和氮气混合气...     

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.     

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。     

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...     

脉冲爆轰发动机管壁传热特性的数值研究

为了探究爆轰过程中燃烧室管壁的传热特性,采用CE/SE方法和有限差分法分别对气液两相脉冲爆轰发动机(PDE)内流场及燃烧室管壁的传热问题进行了数值计算; 运用能量平衡法解决了内流场与管壁传热之间的耦合传热问题。计算结果表明,对于燃烧室内任一截面,爆轰波扫过或膨胀波到来时,对流换热强度大,内壁面温度上升快; 单次爆轰时,爆轰波所在区域温度高达2 000 K,管壁靠近内壁面的区域径向上存在较大的温度梯度,靠近外壁面的区域温度几乎没有变化; 当燃烧室管口压力恢复到环境压力时,从PDE头部到尾部,管壁内壁面温度逐渐升高,热量传递区域厚度逐渐增大。     

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。     

分叉管内爆轰波传播特性实验研究

为了研究爆轰波在分叉管内的传播特性,对以H_2/O_2为燃料的分叉式脉冲爆轰发动机进行了实验研究。分别测试了不同工况条件下管内不同采样点爆轰波压力,并对其变化过程进行了深入分析。实验结果表明:爆轰波在分叉管内传播过程中,分叉口下游主管道内爆轰波在经过6倍管径长度的过渡区后恢复稳定,爆轰强度不变。爆轰波绕射进入分叉支管2,并且在管壁发生多次碰撞和反射,形成过驱爆轰,在燃料充分填充的条件下可以恢复稳定爆轰,爆轰强度与主管道内爆轰波强度相同。在分叉支管2内加装扰流片对加快形成爆轰的影响甚小,分叉支管2内燃料填充率是形成稳定爆轰的关键。     

等离子体点火对PDE一维两相爆轰影响的数值计算

建立了PDE管内利用等离子体射流点火过程的一维两相流体动力学数学模型,并用CE/SE方法对管内两相爆轰过程进行了数值模拟。分析讨论了等离子体射流点火不同射流时间及点火能量对于爆轰波形成的影响。结果表明:与常规火花点火相比,等离子体射流点火可以缩短DDT时间约35%,缩短DDT距离约30%;在能够形成爆轰的情况下,等离子体点火能量和点火时间的增加对DDT距离影响很小。计算结果对提高脉冲爆轰发动机的运行频率具有重要的参考价值。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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%.     

压力条件对旋转爆震发动机的影响

为进一步研究旋转爆震发动机的性能,采用9组分19步基元反应模型,忽略黏性、热传导和扩散等输运效应,对以2H2＋O2＋7N2为反应混合物的旋转爆震发动机进行二维模拟,研究入口总压p0和外界反压pb对发动机性能的影响.研究表明,爆震波压力、温度、高度以及出口平面参数（压力、温度、速度）主要受入口总压条件的影响;发动机比冲与压力比（外界反压与入口总压的比值）成反比.     

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％。     

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。