脉冲爆震发动机的推力测试与分析

对脉冲爆震发动机产生的推力进行了定量测定与分析,研究了混气余气系数、起爆频率和爆震频率对脉冲爆震发动机推力的影响规律．同时,通过推力的测定以验证发动机性能计算方法的正确性,掌握脉冲爆震发动机推力测试的方法．研究表明,推力测试值与理论计算值吻合较好．     

单次爆震波特性的实验研究

进行单次爆震波的实验研究，确定反映其爆震波特性的参数变化规律，为进行多次脉冲爆震波的特性和性能的实验研究及设计脉冲爆震发动机提供技术储备。     

脉冲爆震发动机性能参数计算方法

脉冲爆震发动机作为一种新兴的动力装置,以其优越的性能受到了越来越高的重视。该文简要介绍了基于非稳态燃烧的脉冲爆震发动机有关问题,并采用一维非定常流及一维定常爆震波（ZND）数学模型,确立了脉冲爆震发动机主要性能参数的计算方法。最后将算例的计算机与常规液体火箭发动机及固体火箭发动机的相关参数作了对比,脉冲爆震发动机具有更优越的整体性能,因此,有必要对它进行更进一步的研究。     

基于特征线的脉冲爆震发动机性能估算与结构参数设计

在x-t平面建立了脉冲爆震发动机(PDE)爆震室内爆震波传播过程的物理模型,在此基础上应用特征线算法给出了一种脉冲爆震发动机性能参数估算方法,确定了PDE性能参数与结构参数之间的定量关系,建立了PDE结构参数的设计方法。用算例对不同推力水平的脉冲爆震发动机结构参数进行了设计与分析,为脉冲爆震发动机设计与应用提供理论依据。     

火花塞离子电流传感器在发动机敲缸探测上的应用

提出了一种直接利用火花塞作为检测传感器测量发动机爆震的新方法。通过在火花塞电极两端加偏置电压，测量燃烧过程中流经火花塞的离子电流，从而判断发动机是否爆震。在ＤＡ４６２－Ａ四缸汽油机上进行了大量的试验研究，采集出了爆震与非爆震时的离子电流信号，发现有爆震时会出现一定频率的高频信号叠加在离子电流信号上。对所采集的信号进行快速傅里叶变换（ＦＦＴ），确定试验用发动机爆震的特征频域为１０～１１ｋＨｚ。试验结     

尾喷管对2-stage PDE性能影响的数值模拟

为研究尾喷管长度和扩张角度对两级脉冲爆震发动机凹面腔内激波会聚起爆及推力性能的影响,选取了一系列不同尾喷管长度和扩张角度的2-stage PDE模型进行数值模拟.单次爆震结果表明,尾喷管长度和扩张角度对2-stage PDE凹面腔中的射流碰撞和起爆过程影响很小.凹面腔的壁面压力和单位面积冲量随尾喷管长度增大而增加,且在较长形式的尾喷管中会出现多次激波相交和会聚,但是频率随尾喷管长度增大而减小.尾喷管壁面压力和冲量的轴向分量随扩张角度增大,凹面腔内的激波会聚和起爆频率不变.考虑凹面腔和尾喷管的综合作用,带有45°扩张角的尾喷管的2-stage PDE性能最好.     

火花塞离子电流传感器在发动机敲缸探测上的应用研究

提出了一种直接利用火花塞作为检测传感器测量发动机爆震的新方法 .通过在火花塞电极两端加偏置电压 ,测量燃烧过程中流经火花塞的离子电流 ,从而判断发动机是否爆震 .在ＤＡ4 6 2 -Ａ四缸汽油机上进行了大量的试验研究 ,采集出了爆震与非爆震时的离子电流信号 ,发现有爆震时会出现一定频率的高频信号叠加在离子电流信号上 .对所采集的信号进行快速傅里叶 (ＦＦＴ)变换 ,确定试验用发动机爆震的特征频域为10～ 11ｋＨｚ .实验结果证明 ,火花塞作为离子电流传感器是探测火花点火发动机爆震的有效、便捷方法 .火花塞离子电流传感器在发动机敲…     

填充系数对脉冲爆震发动机性能影响分析

推导了守恒元与求解元(CE/SE)方法的计算格式,用于对几种不同填充系数的脉冲爆震发动机内流场进行计算,发现CE/SE方法是一种较好的爆震波模拟方法,能够有效地捕获爆震波等强间断.计算结果表明:填充系数对脉冲爆震发动机性能影响较大,填充系数越大.产生的平均推力就越大、比冲越大;减小填充系数可以增加燃料的效率.计算结果对改进或优化脉冲爆震发动机性能具有一定的参考价值.     

一种基于缸内压力波检测的汽油机爆震控制系统

对利用检测缸内压力波进行爆震判别与控制进行了研究，采用经过爆震频率带通滤波后的缸内压力波的峰值作为衡量爆震强度的指标，通过实验确定判别爆震发生的门坎值．考虑到爆震指标分布的特点，采用统计的方法确定爆震的强度，并且根据爆震强度对点火提前角进行控制，使发动机工作在轻微爆震状态，经济性和动力性得到了提高     

脉冲爆震发动机新型点火系统的优化设计

为了缩短爆燃向爆震转捩的时间和距离,该文将一种新型点火系统--火焰喷射点火系统应用于脉冲爆震发动机.利用二维数值模拟研究不同喷射点火系统结构参数(前端圆柱段长度,直径以及末端喷嘴的直径)下爆燃向爆震转捩的时间和距离,并将研究结果与传统点火系统的爆燃向爆震转捩转变时间进行对比.结果发现:对于该文所采用的PDE模型,最有效的副室结构为喷嘴直径4 mm,副室长度10 mm,体积3.8 cm3.此外还发现喷射点火系统比传统点火系统能更有效地缩短爆燃向爆震转捩的时间和距离,其效率约为后者的1.26倍.     

二甲醚发动机复合燃烧爆震特性

将柴油机改造为二甲醚(DME)气道-气缸喷射发动机,研究DME复合燃烧缸内压力的频谱,探讨其爆震特性.结果表明:DME复合燃烧爆震频率带为5～10 kHz;当转速增加时,爆震频率带及爆震段变宽;如果进气道喷射燃料中添加液化石油气(LPG),则爆震频率带及爆震段变窄,且接近上止点;将直喷燃料改为LPG,则爆震频率带变宽,爆震段变窄并接近上止点;当转速增加、进气道燃料添加LPG、直喷燃料改为LPG时,复合燃烧爆震时缸内压力的功率谱密度均增大.     

吸气式脉冲爆轰发动机混合室试验研究

为了优化和选择吸气式脉冲爆轰发动机的混合室结构,设计了不同长度的混合室以及不同结构的内部元件,包括细管蒸发器和掺混器。试验研究了混合室长度和内部元件对吸气式脉冲爆轰发动机的影响。结果表明,对于一定结构的吸气式脉冲爆轰发动机,存在一个最佳的混合室长度;混合室长径比为2.5时,爆轰效果最佳。     

丙烷/空气低温等离子体点火起爆数值研究

为研究脉冲爆震发动机低温等离子体点火起爆机理, 充分考虑丙烷/空气详细化学反应动力学机理, 将低温等离子体点火器放电区等效为高温高压热核, 利用FLUENT 软件内置的层流有限速率化学反应模型, 对脉冲爆震发动机低温等离子体点火后由缓燃转爆震(DDT)的过程进行模拟, 并对该过程进行详细分析。实验结果表明, 将低温等离子体点火器简化成一定压力和温度的火核进行数值模拟是可行的, 压力接近常压, 壁面温度为常温更合理。数值模拟的爆震波发展时间小于实验结果, 考虑到实验时有点火延迟和测量误差, 可以认为实验值符合数值模拟时火核为常压、壁温为常温的计算结果。     

脉冲爆震发动机非接触推力测试 理论与实验研究

对非接触推力的产生原理进行了理论分析,并利用CFD软件,对影响该测量方法精度的发动机气动因素进行了数值分析。结果显示非接触方法在尾喷管出口气流为低压、高温、高流量且承接板安装较近的情况下,测量损失较小。通过火箭式爆震发动机推力测量实验,研究了爆震发动机频率以及承接板安装位置对非接触式推力测量结果的影响。实验结果表明,承接板上的测量推力会随承接板到发动机尾喷口距离的增加而减小,高频情况下的相对误差比低频情况下小,实验结果与数值模拟一致。     

环形爆震室引射增推试验研究

对爆震室的填充比、引射喷管的种类、轴向位置、长度等参数对环形爆震室引射推力增量的影响进行了试验研究分析。研究发现直引射喷管和直-扩引射喷管都是在轴向位置X=0 mm处时增推效果最好;直-扩引射喷管对爆震室的引射推力增量比直引射喷管的推力增量大;直引射喷管长度为590 mm时推力增量最大,直-扩引射喷管长度为690 mm时推力增量最大,推力增量最大值分别为25.9%和40.1%。     

吸气式汽油／空气脉冲爆震发动机组合气动阀研究

研究了一种高性能吸气式脉冲爆震发动机（PDE）气动阀。将钝体和旋流两种气动阀串联安装在PDE进气道内,通过改变气动阀和喷嘴位置,构成多种组合气动阀。实验表明：组合气动阀能够产生连续的爆震波;上游钝体气动阀和下游旋流气动阀的组合效果最好;组合气动阀的爆震燃烧性能优于单个气动阀;钝体气动阀优于旋流气动阀。研究结果对开发新式...     

等离子体低压电极孔对点火起爆的影响

针对以低温等离子体点火起爆的脉冲爆震发动机,研究放电区体积不变,低压电极孔对点火触发爆震发展过程的影响. 以丙烷为燃料,空气和纯氧为氧化剂,充分考虑其详细化学反应动力学机理,将低温等离子体放电区等效为高温高压火核,利用Fluent软件,对不同低压电极孔数和直径的5种点火器结构,进行点火起爆过程数值模拟. 结果显示,低压电极孔数多、直径大,初始阶段放电区压力和温度下降快;爆震管内轴向初始火焰体积随低压电极孔面积增大而减小、火焰传播速度变慢,爆震波峰值压力增加缓慢,DDT时间大幅增加;低压电极孔面积越小,越有利于触发爆震;对多循环工作的PDE,需合理设定低压电极孔数和直径,以获得良好的点火起爆特性.      

离子电流检测系统的抗干扰设计

发动机复杂的工作环境必然对利用离子电流检测技术实现发动机的燃烧状况进行实时监测造成干扰.为此对整个离子电流检测系统进行了抗干扰优化设计.在一台SI-HCCI(spark ignition-homogeneous charge compression ignition)发动机上进行试验研究,试验结果表明,高压隔离模块很好地保护了采集系统;电容点火隔离方法可以减少信号中的背景干扰;电容检测法无法准确反映发动机的爆震现象;采用软件消除零点漂移的方法取得了很好的效果;采用了优化后的离子电流检测系统,HCCI离子电流的信噪比显著提高.     

离子电流法检测发动机失火和爆震的研究

通过外加偏置电压，在火花塞两极之间形成稳定的离子电流，用监测离子电流信号的变化来实现发动机运转参数的检测。采用调整火花塞间隙，增加积碳等方式产生失火，监测失火时离子电流波形在形状与幅值上与正常燃烧时波形的差别来检测失火。通过检测爆震时产生的叠加在离子电流信号上的高频信号，就可实现爆震检测，测得的爆震频率为10-11kHz。对爆震与非爆震两种信号进行了波形对比、快速傅里叶变换（FFT）分析和爆震强度评价。试验证明，用火花塞作为传感器检测失火和爆震直观可靠，简单易行，成本低廉，具有广阔的市场潜力。     

两级脉冲爆震发动机防止压力和温度反传研究

为解决两级脉冲爆震发动机中压力和温度反传的问题,提出了2种不同结构形式的射流喷管:倒板结构射流喷管和倒台结构射流喷管。以H_2/O_2/N_2混合气为介质,对不同倒板或倒台层数情况下激波聚焦起爆爆震过程进行了数值模拟,并揭示其影响规律。结果表明:倒板层数为3层、4层时成功起爆爆震,倒台层数为3层、4层、5层时成功起爆爆震;倒板或倒台层数为4层时激波聚焦起爆效果最好,且在降低反传压力和温度方面效果相对较好;实际上倒板或倒台对防止压力和温度反传的作用较为有限。