脉冲爆震涡轮发动机研究进展_郑龙席
动力与能源学院航空推进系党支部 高超声速推进技术的新进展
动力与能源学院航空推进系党支部高超声速推进技术的新进展动力与能源学院航空推进系教工党支部成立于2003年，由原七系703党支部、704党支部、710党支部以及微发所党支部合并建立。
支部共有正式党员40多名，占全体教师的80%。
该党支部自成立以来，团结奋进，努力工作，充分发挥党支部的战斗堡垒作用和党员的模范带头作用，在学科建设、科学研究及教书育人中的取得了一定的成绩，主要表现在以下几个方面：。
科研工作是高校一项重要工作，近年来，随着国家对航空发动机的重视程度不断加强，相关科研项目逐步增多，我系教师紧密结合国家需求，发挥团队作用，锐意创新，在传统发动机关键技术和新概念发动机研究方面不断探索，新的科研成果不断涌现。
郑龙席教授领导的课题组近年来主要从事脉冲爆震涡轮发动机的研究工作。
脉冲爆震涡轮发动机是一种利用脉冲式爆震燃烧室替代传统航空发动机等压燃烧室的新型发动机发动机。
由于其具有宽广的军事应用前景，西方对其关键技术严格保密，可借鉴的资料很少。
因此，对这一概念新、难度大、技术含量高的项目，其研究工作难度可想而知，课题组克服了一个又一个困难，在脉冲爆震涡轮发动机研究方面取得了令人鼓舞的进展，研究水平达到国际先进水平。
（研究水平哦！别造谣威胁论哦！）作为支部书记，他以身作则，处处起模范带头作用，建党90周年，他被评为“西北工业大学优秀共产党员”和“陕西省高校系统优秀共产党员”称号。
范玮教授谢绝了继续留美的可能，信守出国前对系、校领导的承诺，按期回国，将所学到的的新知识、新技术运用到科研、教学工作中。
回国后，继续活跃在教学科研第一线，由于在教学科研方面的突出贡献，先后获“校三八红旗手”、“校优秀共产党员”和陕西省“教学名师”荣誉称号；并承担了国家自然科学基金，863等多个项目的研究，范玮老师作为第一完成人获授权职务专利20余项，其中包括多项发明专利。
另外，宋文艳老师团队由于在超燃冲压发动机技术领域的研究积累，争取到了国防科研经费730多万。
新概念脉冲爆震发动机研究的最新进展
新概念脉冲爆震发动机研究的最新进展范玮,严传俊,黄希桥,张群,郑龙席(西北工业大学发动机系,西安 710072) 摘 要:论述了新概念脉冲爆震发动机的工作原理、热力循环方式、优点及应用范围,对国外脉冲爆震发动机的最新研究进展和存在的问题进行了综述,介绍了作者在脉冲爆震发动机探索性研究方面的主要成果:修正了比冲计算公式;发展了一种新的低能量(50mJ)单级起爆系统;采用爆震性较差的液体燃料C8H16/空气混合物,在国际上,首次成功地进行了两相脉冲爆震发动机原理性试验,所测量的爆震波压力比非常接近充分发展的C-J爆震,说明已获得了充分发展的两相脉冲爆震波;实验研究了脉冲爆震发动机的直径和爆震频率对其性能的影响;突破了将脉冲爆震发动机长度缩短到1m,爆震频率提高到36Hz的关键技术。
关键词:脉冲;爆震波;发动机;性能;模型试验R ecent Advances in N e w-Concept PulseDetonation Engine R esearchFan Wei,Yan Chuanjun,Huang Xiqiao,Zhang Qun,Zheng Longxi (Department of Aeroengine,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China) Abstract:In this paper,the principle of a new-concept pulse detonation engine(PDE),its thermodynamic cycle,its advantages over conventional engines and its potential applications are broadly described;the research developments abroad are briefly reviewed and existing problems are analyzed.Moreover,the recent advances in explorative study on PDE by authors are presented:the formula for specific impulse is updated and a low-energy,single-stage initiation system is devel2 oped.Most importantly,the principle demonstration experiments of a two-phase PDE are success2 fully implemented,using poor detonable liquid C8H16/Air mixture.The obtained pressure ratio is very close to that of theoretical fully-developed C-J detonation which reveals that the fully-de2 veloped two-phase detonation wave is achieved in this study.In addition,the effects of the PDE geometry and detonation frequency on its performance are investigated experimentally.The study is focused on key technologies of shortening PDE length and increasing detonation frequency,resulting in a stable operation with36Hz-frequency and less than1m length of PDE,which has made a stride toward practical PDE. K ey w ords:pulse;detonation wave;engine;performance;model test脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine,简称PDE)是一种利用周期性爆震波发出的冲量来产生推力的非稳态推进装置。
脉冲爆震发动机引射器的实验研究
脉冲爆震发动机引射器的实验研究
脉冲爆震发动机引射器的实验研究
实验采用汽油为燃料,压缩空气为氧化剂,对多循环脉冲爆震发动机(PDE)引射器的性能参数进行了实验研究.研究的特性参数包括引射器的冲量、平均推力和引射空气量.实验结果表明引射系统可以利用排出爆震管的强激波所储存的能量使爆震管单独产生的平均推力增加,平均推力增益最高可达38%.爆震频率越高,引射空气量越大,当爆震频率为35 Hz时引射比达4.62.
作者：黄希桥严传俊范玮王治武郑龙席李牧 HUANG Xi-qiao YAN Chuan-jun FAN Wei WANG Zhi-wu ZHENG Long-xi Li Mu 作者单位：西北工业大学,动力与能源学院,西安,710072 刊名：机械科学与技术ISTIC PKU 英文刊名：MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2005 24(8) 分类号： V231.22 关键词：脉冲爆震发动机引射器平均推力实验研究。
关于脉冲爆震发动机的学科前沿论文
浅谈脉冲爆震发动机及其军事应用前景徐博引言前几个月，乌克兰危机闹得沸沸扬扬。
据外媒报道，美军出动了代号“曙光女神”的超高声速战略侦察机对俄乌边境地区进行了侦查。
这款侦察机最高速度在高海拔至少8马赫，升限40,000米……看到这里，我大吃了一惊——这货把SR-71“黑鸟”甩出了几条街啊，当时我就有了一个巨大的疑惑，它到底用的是什么发动机，使它能飞出这样的数据。
后来我接触到了超燃冲压、脉冲爆震等一些高速高性能发动机，也了解到“曙光女神”用的就是脉冲爆震发动机，心中的疑惑逐渐解开了。
来到北理之后，魏志军教授给我们上了学科前沿，为我们讲了许多先进的推进方式，脉冲爆震发动机就在此列。
这更引发了我对脉冲爆震发动机浓厚的兴趣。
所以才有了这篇小论文。
在我探究的一开始，曾经认为脉冲爆震发动机就是二战德国使用的V-1导弹发动机的复活，但不久之后我发现我错了。
V-1用的叫脉动喷气发动机，它是喷气发动机的一种，在原地可以起动，构造简单，重量轻，造价便宜。
但它工作时，火焰是以亚声速传播的，燃烧室压力低、比冲小，只适于低速飞行（速度极限约为每小时640～800公里），飞行高度也有限，单向活门的工作寿命短，加上振动剧烈，燃油消耗率大等缺点，使得它的应用受到限制。
而脉冲爆震发动机基本上是一个全新的概念。
工作流程脉冲爆震发动机(PDE)是一种基于爆震燃烧的新概念发动机。
它结构简单，工作范围广，是一种有前途的先进推进技术。
关键问题为：在高速情况下燃料和空气的快速混合、点火和爆震燃烧的维持。
它由进气道、阀门、点火器、爆震室、喷管等组成。
基本工作循环步骤第一，爆震燃烧室充满可爆混合物，第二，在燃烧室的开口或闭口端激发爆震波；第三，爆震波在燃烧室内传播，并在开口端排出；第四，燃烧产物通过一个清空过程从燃烧室中排出。
首先空气通过进气口进入爆震室，然后关闭阀门，使用点火器直接起爆，爆震波以2000m/s的速度向后传播。
由于爆震室中的压力大于环境压力，所以在推力壁上产生推力。
脉冲爆震发动机推力测试方法分析与比较_郑龙席
收稿日期:2005-06-09基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(50336030/E0604)作者简介:郑龙席(1970—),男,陕西省西安市人,副教授,博士,主要研究方向为航空发动机结构、强度、振动。
脉冲爆震发动机推力测试方法分析与比较郑龙席,严传俊,范 玮,李 牧,王治武(西北工业大学动力与能源学院,陕西西安 710072)摘要:针对脉冲爆震发动机瞬时推力、平均推力测量问题,介绍了直接测量法和间接测量法(包括推力壁压力曲线积分法和抛物摆法)的测量原理及系统构成。
分析指出各种测量方法的优缺点及适用范围。
提出了弹簧-质量-阻尼系统法,设计了基于该方法的推力测试台架系统,应用该方法对一50mm 内径脉冲爆震发动机的推力进行了测量,得到了合理的结果。
对基于不同方法的推力测试台架的结构设计及系统组成提出了建议。
关键词:脉冲爆震发动机;推力;测量中图分类号:V231.22 文献标识码:A 文章编号:1000-8829(2006)04-0037-05Ana l ysis and Co mpar ison of Pulse D etonati on Engi ne ThrustM easuri ngM ethodsZHENG Long -xi 牞YAN Chuan -jun 牞FAN W ei 牞L IM u 牞WANG Zhi -wu牗Schoo l o f Engine and Energy 牞N or t h w est P oly t echn i ca l Un i ve rsit y 牞X i an 710072牞China 牘Abst ract 牶T r ansient and average thr ust ar e t w o i m portant perfo r m ance para m eters of pu lse de tonation eng i n e .The principle and syste m str uctur e o f dir ec tm easure m ent m ethod and ind irect m easu r e m en tm e t h ods 牗incl u -d i n g thrustw all pr essu r e integ ralm e t h od and ba llistic pendu l u m m ethod 牘ar e intr oduced .A ne w thrustm easur -i n g m e t h od o f spri n g -m ass -da mper syst e m is developed .A testing stand based on t h e m e t h od is built up .U sing t h e syste m 牞t h e t h r ust of a m ode l pu lse de t o na tion eng ine w ith 50mm inner dia m e ter is m easu r ed 牞and the r e -su lt is re liab le .Based on analyzing o f advantages and d isadvantages o f eve r y m ethod 牞its using reg ion and so m e suggestions on t h r ust test stand design are put for w a r d .K ey w ords 牶pu lse detonation eng i n e 牷t h r ust 牷m easure m ent 脉冲爆震发动机是利用间歇式爆震波所产生的高温、高压燃气来产生推力的新概念发动机。
脉冲爆震燃烧室_加力燃烧室的最新进展_杨东丹
[摘要] 近10年来，脉冲爆震作为一项具有研究和应用潜力的新技术，成为国外航空发动机燃烧室研究的一个焦点。
脉冲爆震发动机因为其结构简单、推重比高和推进效率高的理论性能以及较低的耗油率等优点，其脉冲爆震技术被研究应用在涡轮发动机燃烧室上，其中一些研究方案已经进行了试验验证，在未来有很大的应用潜力。
本文综述了脉冲爆震技术在涡轮机上作为加力燃烧室应用的原理、优势以及进展、关键技术。
关键词：脉冲爆震燃烧室涡轮发动机[ABSTRACT] In the past decade, pulse detonation as a new technology which has research and application potentials has become a focus for aeroengine combustion study in abroad. Pulse detonation technology is applied to the combustion of turbine engine because its advantages such as simple construction, high thrust and weight ratio and propulsive efficiency, high theoretical performance and low specific fuel consumption. Some of the research concepts are experimentally demonstrated and have great application potentials in future. The principles, advantages, progress and critical technologies of pulse detonation technology is reviewed while it’s applied as pulse detonation combustor or pulse detonation afterburner on turbine engine.Keywords: Pulse detonation Combustion Tur-bine engineDOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.15.113脉冲爆震发动机（PDE）的研究已经有近80年的历史，其技术已经得到了较充分的试验验证，研究发展日趋成熟。
一种用于多管脉冲爆震燃烧室的自适应低压燃油分配器[发明专利]
![一种用于多管脉冲爆震燃烧室的自适应低压燃油分配器[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/6646b3de0b4c2e3f56276344.png)
专利名称：一种用于多管脉冲爆震燃烧室的自适应低压燃油分配器
专利类型：发明专利
发明人：郑龙席,谭汶昊,王凌羿
申请号：CN202010538368.9
申请日：20200612
公开号：CN111720217A
公开日：
20200929
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明一种用于多管脉冲爆震燃烧室的自适应低压燃油分配器，属于航空发动机领域；包括低压分油腔、燃油支路和稳压段，低压分油腔顶部中央设置有燃油进口，底部等间距设置多个燃油出口；多个稳压段均通过燃油支路与低压分油腔的燃油出口一一对应连通；稳压段沿中心轴开有台阶通孔作为流道，台阶通孔两端的直径大于中部的直径，位于中部的一段称为薄壁小孔；薄壁小孔的直径为爆震燃烧室当量直径的0.010～0.025倍，其轴向长度为其直径的1～4倍。
通过低压分油腔的稳压、稳压段薄壁小孔的节流，有效提高分配器在自适应供油情况下各燃油支路燃油流量均匀性，减小燃油支路因爆震燃烧室内燃气压力波动引起的燃油倒流，降低分油腔内压力脉动，减小燃油支路间互相干扰。
申请人：西北工业大学
地址：710072 陕西省西安市友谊西路127号
国籍：CN
代理机构：西北工业大学专利中心
代理人：云燕春
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脉冲爆震涡轮发动机转子系统优化设计
收稿日期：2022-11-02基金项目：中央高校基本科研业务费（G2021KY0601）资助作者简介：傅超（1990），男，博士，教授。
引用格式：傅超，王福斌，郑龙席，等.脉冲爆震涡轮发动机转子系统优化设计[J].航空发动机，2023，49（2）：13-18.FU Chao ，WANG Fubin ，ZHENG Longxi ，et al.Design optimization of rotor system in pulse detonation turbine engine[J].Aeroengine ，2023，49（2）：13-18.脉冲爆震涡轮发动机转子系统优化设计傅超1，王福斌2，郑龙席2，路宽1，郑召利3（西北工业大学智能飞行器结构强度与设计研究所1，动力与能源学院2：西安710072；3.武汉第二船舶设计研究所热能动力技术重点实验室，武汉430205）摘要：为研制某脉冲爆震涡轮发动机样机，根据总体设计要求设计了相应的空心轴转子-轴承结构系统。
基于有限元法建立了该转子系统的理论分析模型，采用数值积分方法开展了考虑脉冲爆震非定常周期气动载荷作用的转子系统动力学特性计算。
将在临界转速处转子的振动幅值最小化作为优化目标，以转子系统各阶临界转速与发动机慢车转速及工作转速之间的裕度作为约束条件，结合转子强度的相关要求，基于NSGA-II 多目标优化算法对转子系统的支承位置、刚度及转子结构的几何参数进行了优化设计。
结果表明：优化后的转子-轴承系统满足总体设计要求，临界转速与工作转速之间的裕度超过20%，且保证了前3阶临界转速对应的振动幅值最小化。
研究方法和结果可为脉冲爆震涡轮发动机转子系统结构设计和优化提供参考。
关键词：脉冲爆震；转子系统；气动载荷；非定常激励；优化设计；涡轮发动机中图分类号：V231文献标识码：Adoi ：10.13477/ki.aeroengine.2023.02.002Design Optimization of Rotor System in Pulse Detonation Turbine EngineFU Chao 1，WANG Fu-bin 2，ZHENG Long-xi 2，LU Kuan 1，ZHENG Zhao-li 3（Institute of Structural Strength and Design of Intelligent Aircraft 1，School of Power and Energy 2，Northwestern Poly-technical Universi⁃ty ：Xi ’an 710072，China ；3.Science and Technology on Thermal Energy and Power Laboratory ，Wuhan Second Ship Design &Research Institute ，Wuhan 430205，China ）Abstract ：In order to develop a Pulse Detonation Turbine Engine （PDTE ）prototype ，a hollow-shaft rotor-bearing structural system was designed based on the overall design requirements.The finite element method was employed to model the rotor system and the numeri⁃cal integration method was used to investigate the dynamic characteristics of the system under cyclic unsteady aerodynamic loads caused by pulse detonations.By taking the minimization of vibration amplitude of the rotor at critical speed as the optimization objective ，treating the margins between the critical speed of the rotor system and the engine idle speed and the working speed as the constraints ，and taking rele⁃vant strength requirements into account ，the support position ，stiffness and geometrical parameters of the rotor system were optimizedbased on the NSGA-II multi-objective optimization algorithm.The results show that the optimized rotor-bearing system satisfies the over⁃all requirements ，the margins between the critical speeds and working speeds are over 20%，and the vibration amplitudes corresponding to the first three critical speeds are minimized.The methods and results of the present study can provide references for the structural design and optimization of the rotor system of pulse detonation turbine engines.Key words ：pulse detonation ；rotor system ；aerodynamic loads ；unsteady excitation ；design optimization ；turbine engine航空发动机Aeroengine0引言近年来，脉冲爆震燃烧设计的涡轮发动机（PulseDetonation Turbine Engine ，PDTE ）因其循环热效率高、具有自增压的特点而受到了国内外航空工业相关研究人员的广泛关注[1-2]。
混合式脉冲爆震发动机原理性试验系统测控单元设计
混合式脉冲爆震发动机原理性试验系统测控单元设计鲍冬梅;郑龙席;严传俊;胡正峰【摘要】介绍了混合式脉冲爆震发动机原理性试验系统及其测控单元,详细阐述了测控单元各分功能模块的硬件设计及基于PLC和触摸屏的测控与显示软件设计方法;集成该测控单元的软、硬件模块,并与混合式脉冲爆震发动机试验器联调;试验结果表明,该测控单元能够及时和准确地实现对混合式脉冲爆震发动机原理性试验流程的控制和工作参数的测量,具有操作方便,性能可靠的特点.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2010(018)001【总页数】3页(P113-115)【关键词】混合式脉冲爆震发动机;测控;PLC【作者】鲍冬梅;郑龙席;严传俊;胡正峰【作者单位】西北工业大学,动力与能源学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,动力与能源学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,动力与能源学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,动力与能源学院,陕西,西安,710072【正文语种】中文【中图分类】V231.220 引言混合式脉冲爆震发动机(Hybrid Pulse Detonation Engine,简称HPDE)就是用脉冲爆震燃烧室(Pulse Detonation Combustor,简称PDC)来代替其他类型航空发动机燃烧室的发动机[1]。
由于爆震循环具有可增压(可燃混气燃烧后平均总压可增大近6倍)和热效率高(当飞行马赫数小于10时,理想爆震循环总是比理想等压循环的热效率高)的特点,采用PDC取代基于等压燃烧的涡扇发动机高压核心机部分具有简化发动机结构、减轻重量、提高效率、增加推重比和降低耗油率等优点[2-3]。
目前,国外已经开始针对HPDE的原理性探索研究,包括PDC驱动下涡轮效率的问题,爆震波与涡轮的相互作用等问题。
美国德克萨斯州大学阿灵顿分校将脉冲爆震发动机和涡轮与压气机的混合系统在发电领域的应用进行了研究[4],实验证明了该混合系统驱动发电机的可行性。
脉冲爆震外涵加力涡扇发动机总体性能研究
脉冲爆震外涵加力涡扇发动机总体性能研究
彭辰旭;郑龙席;卢杰;罗振坤;张佳博
【期刊名称】《西北工业大学学报》
【年(卷),期】2024(42)1
【摘要】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%。
【总页数】8页(P149-156)
【作者】彭辰旭;郑龙席;卢杰;罗振坤;张佳博
【作者单位】西北工业大学动力与能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】V231.2
【相关文献】
1.外涵装有脉冲爆震加力燃烧室的涡扇发动机热力性能分析
2.爆震管结构对脉冲爆震发动机性能影响研究
3.涡扇-脉冲爆震组合发动机内外涵掺混器研究
4.采用脉冲爆震外涵加力燃烧室的涡扇发动机性能研究
5.脉冲爆震外涵加力分排涡扇发动机性能分析
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脉冲爆震发动机的点火-起爆性能
脉冲爆震发动机的点火-起爆性能王治武;严传俊;范玮;郑龙席;黄希桥【摘要】针对两相无阀脉冲爆震发动机(PDE),研究了点火能量、工作频率、发动机直径、进气方式和燃料种类等对PDE点火-起爆性能的影响.结果显示,随着点火能量的提高,点火-爆时间逐渐减小.随着PDE工作频率的提高,点火-起爆时间逐渐减小;但是点火能量对PDE点火-起爆时间的影响随着工作频率的提高而有所降低.随着PDE直径的增加,点火-起爆时间有所增加.火箭式PDE点火-起爆时间略低于对应工况下的吸气式PDE.采用煤油为燃料的PDE点火-起爆时间略高于采用汽油的PDE点火-起爆时间,且随着PDE工作频率的提高,两者差距逐渐缩小.【期刊名称】《燃烧科学与技术》【年(卷),期】2009(015)005【总页数】5页(P412-416)【关键词】脉冲爆震发动机;点火能量;点火-起爆性能;管径【作者】王治武;严传俊;范玮;郑龙席;黄希桥【作者单位】西北工业大学动力与能源学院,西安710072;西北工业大学动力与能源学院,西安710072;西北工业大学动力与能源学院,西安710072;西北工业大学动力与能源学院,西安710072;西北工业大学动力与能源学院,西安710072【正文语种】中文【中图分类】V231脉冲爆震发动机(PDE)是一种利用间歇式或脉冲式爆震波产生的高温、高压燃气来获得推力的新概念发动机[1].其主要优点在于爆震燃烧过程非常迅速，能产生很大的能量密度.点火、起爆问题是脉冲爆震发动机应用和基础研究中的关键技术之一.爆震波起爆方式一般分为两种，第一种是直接起爆.直接起爆需要的能量和功率，是可爆震混合物的胞格尺寸或宽度的函数[2].对于汽油和空气的混合物而言，其直接起爆所需点火能量之大、释放能量的速度之快在实际应用中是不可能实现的.另一种比较实用的起爆方法是在爆震室中产生爆燃波，然后使其由爆燃转变为爆震(DDT).文献[3]中的研究指出了DDT距离和点火能量、点火位置、混合物当量比等参数之间的依赖关系.通过多循环PDE实验发现，同样的工作条件下，多循环DDT时间比单次循环的要短一半[4].实际应用中由于体积和重量限制，脉冲爆震发动机需要使用液体燃料.对于液体燃料，点火、起爆问题显得更加重要也更加困难，一般需要通过DDT转变实现.文献[5-8]报道了JP-10-氧气混合物的起爆问题，点火位置、点火能量和起爆装置封闭端几何形状对重复起爆的影响，以及各种PDE起爆装置的性能.当点火能量大于500 mJ时，增大点火能量不能明显降低DDT距离，但是有利于爆震燃烧的重复起爆.文献[9]指出，在两相流中进行化学反应之前，燃料的粒度不能太大，且必须有一定比例的燃料蒸发成气态.因此，点火能量和PDE结构尺寸等必将对两相PDE 的点火和起爆性能具有相当的影响.本文基于几种不同尺寸的两相无阀脉冲爆震发动机，初步探索了点火能量、多循环工作频率、发动机直径、发动机模式(吸气式和火箭式)和燃料种类等对脉冲爆震发动机点火-起爆性能的影响，得到了一些相关结论，为今后发动机的设计与应用提供了一定的理论与试验基础.1 试验装置脉冲爆震发动机模型机包括吸气式PDE和火箭式PDE两种，吸气式PDE内径分别为50 mm和120 mm，火箭式PDE内径为120 mm，如图1所示.PDE主要由亚音速进气道(吸气式PDE)、混合室、点火室和爆震室组成.燃油采用内混式气动雾化喷嘴与空气同轴喷射，当供气压力为0.3 MPa时，喷雾量在不大于2L/min的情况下，索特平均直径25～100 μm[10].试验采用连续、非预混供气方案，燃料为汽油和煤油，氧化剂为空气.为了在爆震室中形成混合均匀的可爆混合气，在脉冲爆震发动机的爆震室之前装有一个燃油与空气的混合室.在混合室与爆震室之间是点火室，目的是在点火器周围形成涡流，降低点火器周围的气流速度来快速、可靠地点燃可爆混合物.在点火室安装点火器，由频率在1～100 Hz范围内连续可调的爆震点火及频率控制系统控制起爆.采用两种方式点火;第一种为点火能量低于50 mJ的火花塞点火，第二种是利用高能可调点火装置，其能量范围为0～4.2 J.点火能量影响的试验主要基于内径50 mm的吸气式PDE进行.点火器位于位置0、1之间(见图1).爆震室装有Shchelkin螺旋增爆器.汽油和空气按照一定的当量比注入，汽油经过喷嘴雾化后在混合室与空气掺混，形成可爆混合物，混合物充满或者部分充满爆震室后，火花塞点火，爆燃向爆震转变形成爆震，最后产物排出发动机继而进入下一个循环.并行采集5路压力信号(0、1、2、5和6)，测压位置分别距离点火装置210 mm、225 mm、525 mm、 825 mm和925 mm.压力信号的采样率为500 kHz.(a) 吸气式PDE试验系统(b) 火箭式PDE试验系统图1 试验系统示意2 试验结果与分析2.1 点火能量影响图2为点火能量为50 mJ、4 J时，内径50 mm的吸气式脉冲爆震发动机在工作频率为20 Hz、位置在0、1、2、5和6处的压力变化时域波形放大图.可以看到两种点火能量下发动机沿程压力变化非常类似.尽管点火能量从50 mJ提高到4 J，但是PDE模型机仍然在位置6处才生成充分发展的爆震波，也就是说爆燃向爆震转变距离没有明显变化.火花塞点火之后，生成前向(沿2号虚线)和后向(1号虚线)两组压缩波，先后引起p1、p0的初始压力扰动.前向扰动由p1沿虚线2次序传递到p6，在位置5之前的某处，生成局部爆炸，压力急剧升高，爆炸波也按前、后方向传播，前向传播激波继续加强，压力继续增加，最终在位置6处生成充分发展的爆震波.后向传播的爆炸波称为回传爆震，沿虚线3次序传递到位置0，在各个位置生成压力尖峰，并引起各处的压力振荡.爆震波传出爆震室后，相应地有一道相位相反、幅度较低的膨胀波传入爆震室，膨胀波向上游传播，引起模型机内压力的下降，并低于环境压力，燃料、空气便可以重新供入.(a) 点火能量50 mJ(b) 点火能量 4 J图2 内径50 mm吸气式PDE模型机沿程压力时域波形放大图图3显示了50 mJ和4 J两种点火能量下内径50 mm吸气式脉冲爆震发动机点火-起爆时间(tig-det)与发动机工作频率的变化关系.两种点火能量下，PDE模型机的工况基本相同，即燃油、空气流量相同，点火位置、发动机结构相同.点火-起爆时间指的是从点火器接收到点火信号开始到模型机由爆燃向爆震转变(DDT)生成充分发展的爆震波花费的时间，即点火延迟时间tdelay和DDT时间tDDT之和，如图4所示.无论是采用50 mJ还是4 J的点火能量，点火-起爆时间均随着PDE模型机工作频率的提高而逐渐减小，但是点火-起爆时间减小的速率也随着工作频率的提高而逐渐降低.PDE模型机工作频率提高，意味着在同样的工作时间内可爆混合物释放的能量增多，新鲜混合物的冷却时间减少，导致模型机管壁温度不断提高，这样，新鲜混合物填充的时候便吸收了大量的辐射热量，减小了燃油粒度，提高了燃油的蒸发速率，增加了蒸气态燃油百分比，自然有利于火花的快速点火和爆燃向爆震的加速转变，也即减小了点火-起爆时间.而随着模型机工作频率的不断提高，多循环工作产生的额外点火能量增加比例有所下降，其对燃油粒度和燃油蒸发速率的影响降低，因此，点火-起爆时间减小的速率随着工作频率的提高而逐渐降低.图3 点火-起爆时间与工作频率的关系图4 点火-起爆时间定义示意可以看到，点火能量提高之后，发动机的点火-起爆时间显著降低，平均下降32%～39%，但是随着发动机工作频率的提高，点火-起爆时间下降的百分比减小，也就是说点火能量对点火-起爆时间的影响有所降低.50 mJ点火能量时，模型机35 Hz下的点火-起爆时间比10 Hz下降低了30%左右，而使用4 J点火能量时，35 Hz下的点火-起爆时间只比10 Hz下降了21%左右.点火-起爆时间降低有利于提高脉冲爆震发动机的工作频率.发动机的爆震频率不能无限增加，它有一个上限，最大爆震频率fmax与最小循环时间tcycle相关，即tcycle=tfill+tig-det+tD+texhaust(1)(2)式中：tfill为填充时间;tD为爆震波传播时间;texhaust为排气时间.在填充时间、爆震传播时间和排气时间不变时，点火-起爆时间减小，使得循环时间减小，最大爆震频率增加.2.2 PDE直径影响图5显示了50 mm和120 mm两种内径的吸气式脉冲爆震发动机点火-起爆时间(tig-det)与工作频率的变化关系.随着模型机工作频率的提高，这两个吸气式PDE模型机的点火-起爆时间均逐渐减小，但是在同样的工作频率下，内径120 mm的吸气式PDE点火-起爆时间普遍大于内径50 mm的吸气式PDE，两者相差1.5～3.3 ms不等；而内径120 mm的吸气式PDE模型机的点火-起爆时间的上下浮动幅度也大于内径50 mm的吸气式PDE模型机.两种内径的吸气式PDE模型机的点火-起爆时间随着工作频率的提高而减小的速率有所不同.对于内径50 mm的吸气式PDE来说，随着工作频率的提高，点火-起爆时间的减小速率逐渐下降，也就是说PDE从5 Hz提高到10 Hz时，点火-起爆时间下降最多，为2.43 ms，而从10 Hz提高到15 Hz，点火-起爆时间仅下降了1.3 ms，之后就逐渐减小，由20 Hz提至25 Hz，点火-起爆时间仅仅下降0.44 ms.相对来说，内径120 mm的吸气式PDE点火-起爆时间与工作频率之间的变化关系则没有那么规律.PDE模型机从5 Hz提高到10 Hz时，点火-起爆时间的确下降最多，但是从10 Hz提高到15 Hz，点火-起爆时间却是下降最少的，其他频率下点火-起爆时间下降额度与从5 Hz提高到10 Hz时相当.图5 内径50 mm与120 mm的吸气式PDE点火-起爆时间前面说过，点火-起爆时间由两部分组成：火花生成并成功诱导可爆混合物着火的点火延迟时间和火焰加速直至生成爆震的爆燃向爆震转变时间.50 mm PDE模型机和12 0mm PDE模型机均采用气动雾化喷嘴，在同样的工作频率下，两者的燃油液滴粒度接近，也就是说，50 mm PDE和120 mm PDE的点火延迟时间相差不大.接下来的火焰加速过程中，火焰先要传满PDE的整个横截面，然后才沿着轴向传播、加速，而初始的火焰传播速度很低，也就是说火焰传满PDE横截面的时间在整个火焰加速时间中占了较大的比例.因此，PDE模型机内径由50 mm增加到120 mm之后，火焰必须花费更多的时间填满模型机的横截面，然后开始正式的火焰加速过程，导致DDT时间增加，也即点火-起爆时间增加.图6为内径120 mm吸气式PDE和火箭式PDE的点火-起爆时间(tig-get)随着工作频率变化而变化的趋势对比.随着模型机工作频率的提高，无论是吸气式PDE还是火箭式PDE，点火-起爆时间均逐渐减小，但是减小趋势有所不同,火箭式PDE 的减小趋势更具有规律性，其与50 mm吸气式PDE变化趋势类似.在同样的工作频率下，120 mm吸气式PDE平均点火-起爆时间稍大于120 mm火箭式PDE，而其随机值是相互交叉的.图6 内径120 mm 时吸气式PDE与火箭式PDE的点火-起爆时间与以汽油/空气为推进剂的吸气式PDE类似，煤油/空气的点火延迟时间和点火-起爆时间随着工作频率的增加逐渐减小，如图7所示.但是与汽油/空气相比，煤油/空气的点火-起爆时间明显增加，原因主要在于煤油的可爆性比汽油差；随着频率的增加，由于循环释热增多，点火能量加大，导致两种燃料的点火-起爆时间差值逐渐减小.图7 汽油和煤油为燃料的吸气式PDE点火-起爆时间3 结论(1) 随着点火能量的提高，爆燃向爆震转变距离没有明显减小，但是点火-起爆时间逐渐减小.随着发动机工作频率的提高，点火-起爆时间也逐渐减小；但是点火能量对发动机点火-起爆时间的影响随着工作频率的提高而有所降低.(2) 随着PDE直径的增加，吸气式PDE点火-起爆时间也随着工作频率的提高而逐渐减小，但是在同样的工作频率下，大内径吸气式PDE点火-起爆时间普遍大于小内径吸气式PDE.吸气式PDE平均点火-起爆时间也稍大于对应工况下的火箭式PDE的时间.(3) 与汽油/空气相比，煤油/空气点火-起爆时间较长，但是两者差值随着PDE工作频率的提高而逐渐减小.参考文献:[1] Fan W,Yan C J,Huang X Q，et al.Experimental investigation on two-phase pulse detonation engine [J].Combustion and Flame,2003,133(4): 441-450.[2] Benedick W,Guirao C,Knystautas R，et al.Critical charge for the direct initiation of detonation in gaseous fuel/air mixtures [J].Prog AstroAero,1986,106(2): 181-202.[3] Sinibaldi J O,Brophy C M,Robinson J P.Ignition effects on deflagration-to-detonation transition distance in gaseous mixtures [R].AIAA 2000-3590,2000.[4] Santoro R J,Conrad C,Lee S Y，et al.Fundamental multi-cycle studies of the performance of pulse detonation engines [R].ISABE-2001-1171,Bangalore,India,2001.[5] Brophy C M,Netzer D W,Forester D.Detonation studies of JP-10 with oxygen and air for pulse detonation engine development [R].AIAA 98-4003,1998.[6] Brophy C M,Netzer D W,Sinibaldi J，et al.Detonation of a JP-10 aerosol for pulse detonation applications [C]// High-Speed Deflagration and Detonation: Fundamentals and Control.Moscow,2001: 207-222.[7] Brophy C M,Netzer D W.Effect of ignition characteristics and geometry on the performance of a JP-10/O2 fueled pulse detonation engine [R].AIAA 99-2635,1999.[8] Brophy C M,Sinibaldi J O,Netzer D W，et al.Operation of a JP-10/air pulse detonation engine [R].AIAA 2000-3591,2000.[9] Beeson H,McClenagan R,Bishop C，et al.Detonability of hydrocarbon fuels in air [J].Prog Astro Aero,1989,133(1):19-36.[10] 王治武，严传俊，范玮,等.两相脉冲爆震发动机的燃油喷射、混合及其雾化研究[J] .机械科学与技术，2005，24(11)：1306-1309.Wang Zhiwu,Yan Chuanjun,Fan Wei,et al.Injection,mixing and atomization effects on two-phase pulse detonation engines[J].Mechanical Science and Technology,2005,24(11): 1306-1309 (in Chinese).。
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主要结构形式以及基本特点． 详细介绍了国内外研究 摘 要 ： 介 绍 了 脉 冲 爆 震 涡 轮 发 动 机 的 基 本 概 念 、 状况及课题组的最新研究进展 ， 对脉冲爆震涡轮发动机需 要 突 破 的 关 键 技 术 、 主要研究内容以及发展途径进 行了探讨 ． 研究表明 ： 相比于传统的涡轮喷气发 动 机 ， 脉 冲 爆 震 涡 轮 发 动 机 的 耗 油 率 能 降 低 ５％ ～１ 在相 ５％ ； 同的燃烧室入口条件下 ， 与等 压 燃 烧 驱 动 涡 轮 相 比， 用脉冲爆震燃烧驱动涡轮时的涡轮的单位输出功率要 高； 实现了由脉冲爆震燃烧室驱动涡 轮 ， 涡轮带动压气机给脉冲爆震燃烧室供气的自吸气模式， 表明用脉冲 爆震燃烧室代替传统等压燃烧室是完全可行的 ． 关 键 词 ： 脉冲爆震波 ； 脉冲爆震燃烧室 ； 涡轮 ； 涡轮发动机 ； 脉冲爆震涡轮发动机 中图分类号 ：Ｖ ２ ３ ５ 文献标志码 ：Ａ
（ ， Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ，Ｘ ） Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｗ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｐ ｏ ｌ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ７ ２，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｙ ｙ ：Ｂ ，ｍ ｒ ｉ ｍ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｅ ｄ ｏ ｆ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ａ ｓ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｐ ｙ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ．Ａ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ａ ｔ ｈ ｏ ｍ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｂ ｒ ｏ ａ ｄ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｗ ａ ｓ ｐ ｇ ｐ ； ；ｔ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｏ ｕ ｒ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｍｍ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｈ ｅ ｋ ｅ ｐ ｐ ｙ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｗ ｅ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ．Ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｆ － ｐ ｇ ｇ ｙ ａ ｎ ｃ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ｆ ｕ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｇ ｐ ｐ ｅ ｔ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ． ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｈ ａ ｖ ｅ ａ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ５％ｔ ｏ １ ５％ｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ａ ｔ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｊ ｇ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｎ ｂ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｈ ｉ ｈ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ａ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ｐ ｙ ｐ ｇ ｐ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｎ ｂ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｏ ｒ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍ ｅ ｉ ｎ ｌ ｅ ｔ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｏ ｒ ｓ ．Ａ ｙ ｐ ａ ｓ ｉ ｒ ｓ ｅ ｌ ｆ ａ ｔ ｅ ｄ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ａ ｓ ｓ ｕ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｆ ｕ ｌ ｌ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ｂ ｄ ｒ ｉ ｖ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ － ｐ ｙ ｙ ｇ ｐ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｏ ｒ ｗ ｈ ｏ ｓ ｅ ｏ ｘ ｉ ｄ ａ ｎ ｔ ｗ ａ ｓ ｓ ｕ ｌ ｉ ｅ ｄ ｂ ｔ ｈ ｅ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｎ ｃ ｏ ｍ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｐ ｐ ｙ ｐ ｙ ｔ ｈ ｅ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｏ ｆ ｓ ｕ ｂ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｏ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ － ｙ ｇ ｐ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｏ ｒ ． ：ｐ ；ｐ ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ａ ｖ ｅ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｙ ；ｐ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｇ ｇ ， ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ 脉 冲 爆 震 发 动 机 （ ｐ ｇ 是利用周 期 性 的 爆 震 波 产 生 的 高 温 高 压 燃 Ｐ Ｄ Ｅ） 气来产生推力的 新 概 念 发 动 机 ． 这种发动机因为
（ ） ： ／ 文章编号 ： ０ ５ ２ ０ １ ４ ０ ５ ３ ｉ １ ０． １ ３ ２ ２ ４ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ａ ｓ ． ２ ０ １ ４． ０ ５． ０ ０ １ １ ０ ０ ８ ０ ５ ０ ９ ９ ０ ８ ｏ － － － ｄ ｊ ｊ ｐ
脉冲爆震涡轮发动机研究进展
郑龙席 ， 卢 杰 ， 严传俊 ， 邱 华 ， 王治武 ， 黄希桥 ， 李晓丰
１］ 根据其用途的不同 ， 外研究人员的广泛关注 ［ 可 ．
以将吸气式脉冲 爆 震 发 动 机 大 致 分 为 ３ 类 ： 纯脉
ห้องสมุดไป่ตู้
９ ９ ４
航 空 动 力 学 报
第２ ９卷
冲爆震发动机 、 混合式脉冲爆震发动机和组合式 其中混合式脉冲爆震发动机 ． ） （ 是一种用脉冲 ｄ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｈ ｂ ｒ ｉ ｐ ｇ ｙ ， 爆震 燃 烧 室 （ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｏ ｒ Ｐ Ｄ Ｃ） ｕ ｌ ｓ ｐ 脉冲爆震发动 机
［ ３］
图 １ 带 Ｐ Ｄ Ｃ 加力燃烧室的涡轮喷气发动机 ｉ ． １ Ｔ ｕ ｒ ｂ ｏ ｅ ｔ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｐ Ｄ Ｃ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｂ ｕ ｒ ｎ ｅ ｒ Ｆ ｇ ｊ ｇ
）带 Ｐ ２ Ｄ Ｃ 主燃烧室的涡轮喷 气 或 涡 扇 发 动 机． 这种结构下传统发动机的主燃烧室被 Ｐ Ｄ Ｃ替 代． 爆震燃烧产物驱动涡轮后 ， 经过加力燃烧室从 尾喷管 高 速 排 出 产 生 推 力 ． 其基本结构如图２ 所示 ．
航空动力学报 第２ ９卷 第５期 Ｖ ｏ ｌ ． ２ ９ Ｎ ｏ ． ５ ２ ０ １ Ｊ ｏ ｕ ０ １ ４年 ５月 ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ａ ｃ ｅ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｍ ａ ４ ｙ２ ｐ
．
）增推效 果 好 ． 与 传 统 加 力 相 比， 采用脉冲 ４ ， 爆震外涵加力燃 烧 室 的 涡 扇 发 动 机 发 动 机 推 力
４］ 可提高 １ 倍 ［ ．
）排气污 染 少 ． 爆 震 波 是 超 声 速 传 播 的， 所 ５ 以爆 震 燃 烧 快 ， 效 率 高， 产物在高温区停留时间
２］ 短， 污染物尤其是氮氧化物的排放能大大减少 ［ ．
）与纯脉冲爆震发动机相比 ， 功率提取更加 ６ 方便 ． 脉冲爆震涡 轮 发 动 机 充 分 利 用 燃 气 涡 轮 发 动机机械功率提 取 高 的 优 势 ， 扩展了脉冲爆震发 动机的应用范围 ． ）与纯脉冲爆震发动机相比 ， 脉冲爆震涡轮 ７ 发动机能真正实现地面起动 ． 地 面 燃 机、 涡 Ｐ Ｄ Ｃ 可替代 传 统 涡 扇 发 动 机 、 轴发动机的主燃 烧 室 或 加 力 燃 烧 室 ， 脉冲爆震涡 轮发动机可用作无人驾驶飞机 、 超声速远程导弹 、 直升机 、 舰船 、 超声速战术飞机 、 民用客机 、 战略飞 机、 空天飞机等的动力装置 ．
［ ２］
烧室被脉冲爆震 燃 烧 室 所 替 代 ． 其基本结构如图 １ 所示 ．
来代替传统涡轮 喷 气 发 动 机 燃 烧 室 的 发 动 机 ， 也 称为脉冲爆 震 涡 轮 发 动 机 （ ｅ ｄ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｕ ｒ ｕ ｌ ｓ － ｐ ， ｂ ｉ ｎ ｅ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ Ｐ Ｄ Ｔ Ｅ） ． ｇ 脉冲爆震涡轮发动机的主要优点有 ： ）循 环 的 热 效 率 高 （ 等压循环的热效率为 １ ， 爆震循环的热 ７ 等容循环 的 热 效 率 为 ０． ７， ０ ． ２ ４ ） 效率为 ０． ９． ４ ）结构相 对 简 单 ， 质 量 轻， 发动机的推质比 ２ 高． 爆震燃烧具有自增压作用（ 爆震燃烧后的 ， 用 Ｐ Ｄ Ｃ 出口燃气 的 平 均 总 压 能 增 加 ６ 倍 左 右 ） 高压部件的 Ｐ Ｄ Ｃ 代替传统发动机的 主 燃 烧 室 后 ， 级数可大大减少 ， 甚至直接替代核心机 ， 从而大大 减轻发动机质量 ， 提高发动机的推质比 ． ）单位燃 油 消 耗 率 低 ． 用Ｐ ３ Ｄ Ｃ 替代高涵道 比涡 扇 发 动 机 的 主 燃 烧 室 后 ， 在飞行高度为 飞 行 马 赫 数 为 ０． ８ｍ， ５时发动机的单位燃 １ ０ ６ ６ ８ 油消耗率能降低 ８％ ～１ ０％