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...     

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。     

新型激波聚焦脉冲爆震模型连续起爆探究

针对俄罗斯Levin等人提出的2-Stage PDE模型中射流径向入射导致连续爆震工作无法顺利完成的问题,计算模型基于Fluent软件进行了仿真实验,通过改变环形射流入射方向的手段实现有效且快速地填充.在模型结构上,通过采用高频低能耗火花塞预点火、渐缩通道、环形窄缝和环形弯面,强化形成环形爆震波入射,并经衍射后实现激波...     

钝体及开缝钝体燃烧器火焰稳定性对比分析

基于回流区中煤粉挥发分释热点燃主气流实现火焰稳定的集总分析模型，导出使煤粉气流火焰稳定的最小口流区长度、最大允许的主气流流速及极限最大可用挥发分释热量的表达式，并以此为准则对钝体及开缝钝体燃烧器的火焰稳定性能进行了对比分析．研究表明，在相同条件下开缝钝体燃烧器有优于钝体的火焰稳定性能．同时在通道流场燃烧器上对几种煤粉进行了两种燃烧器的燃烧性能实验，其结果与理论分析一致．     

钝体阶梯扩管型微燃烧器内氢气-空气燃烧特性及协同性分析

为提高微燃烧器燃烧稳定性和燃烧效率,基于钝体直管和钝体阶梯扩管燃烧器进行微尺度燃烧数值模拟分析研究。研究结果表明:在钝体微燃烧器中加入阶梯扩管结构有助于促进火焰传播和扩大火焰稳定燃烧极限,而且两者的吹熄极限均随当量比(即完全燃烧所需的理论空气质量与实际供给的空气质量之比)的增大而增大;燃烧器的燃烧效率均随当量比和入口混合气速度的增大而降低,而且钝体直管型燃烧器的燃烧效率要比扩管型燃烧器低;散热损失比均随当量比增大呈先增大后降低,随入口速度增大而降低;钝体直管燃烧器协同数高于钝体阶梯扩管,两者的协同数都随入口的混合气速度增大先增大后降低再增大。     

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．     

小尺寸扰动体对双钝体系统动力学特性及传热的影响

基于Fluent流场分析软件,通过有限体积法数值研究雷诺数Re=200,钝体间距比L/D=5时,钝体直径比(d/D=1、0.5、0.25)和双钝体距通道下壁面的间隙H(H=6D、5D、4D、3D、2D)对矩形通道双钝体系统换热性能和系统平均阻力的影响规律.研究结果表明:直径比减小,系统平均阻力较等直径双圆柱小,但系统换热性能变化不大;双钝体向下壁面靠近时,系统平均阻力和换热性能增大,但两者变化均不大.以等直径双钝体(d/D=1)位于矩形通道的中间位置(H=6D)为基准,双钝体直径比和双钝体距离下壁面的高度H改变时,系统的平均阻力ΔC_(DS)减小25.0%~43.7%,系统的换热改变量Δh为-1.81%~1.69%.     

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.     

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%。     

钝化及开缝钝体燃烧器火焰稳定性对比分析

基于回流区中煤粉挥发分释热点煤燃主气流实现火焰稳定的集总分析模型，导出使煤粉气流火珠最小回流区长度、最大允许的主气流流速及极限最大可用挥发分释热量的表达式，并以此为准则对钝体及开缝钝化燃烧器的火焰稳定性能进行了对比分析，研究表明，在相同条件下开缝钝体燃烧器有优于钝体的火焰稳定性能，同时在通道流场燃烧器上对几种煤粉进行了两种燃烧器的烧性能实验，其结果与理论分析一致。     

Exploratory study on new pulse detonation engines

The worldwide progress in studies on pulse detonation engines (PDE) is briefly reviewed and some results of our exploratory study on PDE are presented. Analysis of thermodynamic cycle is made and the specific impulse formula is improved. A proof-of-principle experiment of a two-phase PDE is successfully carried out, using poor-detonable liquid C8H16/air mixture with a low-energy system (total spark energy of 50 mJ) and a newly developed one-step detonation initiation method. The measured detonation wave pressure ratio is very close to that of C-J detonation. The effects of length, diameter and detonation frequency on PDE performance are experimentally investigated. For liquid hydrocarbon fuel/air mixture, the PDE operation is successfully realized with an engine length of 1000 mm and detonation frequency up to 36 Hz, which has made an important step toward practical PDE. The developed code can be used for simulating PDE operation processes including deflagration to detonation transition (DDT) phenomenon. The numerical results are in good agreement with the experimental ones.     

爆震室内气体混合过程的数值模拟

气云爆震与燃料/空气的混合程度密切相关. 为研究填充后爆震室内燃料和氧化剂的混合情况,采用大型计算流体力学仿真软件对爆震室内燃料和空气的填充混合过程进行数值模拟,并着重研究了入口直径、入口速度以及填充的燃料与氧化剂的质量比等参数对爆震室内燃料/空气混合均匀所需距离的影响. 计算结果表明,爆震室内燃料/空气混合均匀所需的距离与燃料和空气的入口速度的比值有关,随着燃料入口速度与空气入口速度的比值的增大(减小或不变),乙炔和空气混合均匀所需的距离相应增大(减小或不变).     

曲率对旋转爆轰传播特性的影响

通过数值模拟研究了爆轰波在环形管道内传播时的胞格结构.数值模拟基于带化学反应的二维Euler方程,采用五阶精度的WENO格式捕捉激波,采用具有TVD性质的三阶Runge-Kutta法处理时间项,并结合并行技术,对旋转爆轰的传播进行了数值研究.结果表明,环形管道外壁为收敛壁面,由于其对流场的压缩效应,外壁面及附近的胞格较小,且较均匀.而内壁为发散壁面,其对流场起稀疏效应,内壁面及附近的胞格较大.随着内外径曲率的变化,环形管道中的胞格结构发生相应的变化,且呈周期性的消失和再生.     

Experimental investigation of effect of partial filling on the impulse of pulse detonation engine

Using poor-detonable liquid C8H16/air mixture with low-energy system (total spark energy of 50 mJ) and a new one-step detonation initiation method developed in this study, partial-tube fill experiments have been conducted in a fixed length PDE tube with a fuel/air mixture section of different length, covering a wide range of the detonation tube fill fraction (ratio of fuel/air mixture length to tube length). Impulse was calculated by integrating the pressure differential at the closed end of the tube. Based on the re- sults obtained experimentally, it is found that the fuel-based specific impulse declines when fill fraction increases. On the other hand, the total-mixture-based specific impulse rises as fill fraction increases. A multi-cycle partial-fill model is developed to predict the impulse obtained from a partially-filled detona- tion tube, which is valuable for the optimization of PDE performance.     

单循环脉冲爆轰发动机的数值模拟

对高温火团引发的甲烷-空气混合气体的爆轰过程及管内、外流场做了二维轴对称数值模拟,考虑了CH4-O2-N2的详细化学反应动力学机理,该机理包含了19个基元反应和14种组分。采用分裂格式处理带化学反应的Navier-Stokes方程,使用改进的波传播方法求解流场,使用基于隐式Gear算法的微分方程解法器求解化学反应过程。模拟结果显示了爆轰波在管内的成长、稳定传播、进入喷嘴后衰减为激波以及进入外流场的全过程。还对轴线上的压力分布和封闭端的推力等进行了讨论,为脉冲爆轰发动机的开发研制提供信息。     

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.      

固体火箭冲压发动机一体化燃烧特性数值分析

为研究固体火箭冲压发动机性能,采用计算流体力学方法对包含进气道及补燃室的一体化燃烧流场进行数值分析,研究可燃燃气进口条件、飞行攻角以及进气道与补燃室过渡连接方案对补燃室掺混燃烧的影响。研究结果表明：燃气流量为0.08 kg/s时,燃气射流出现偏移,补燃室两侧壁面温度相差较大,燃气流量为0.3 kg/s时,燃气偏移现象基本消失;随着燃气流量增大,发动机推力增加;攻角增大使得进气道流量系数增大,强化空气与燃气混合燃烧效果,并最终提升发动机推力。进气道与补燃室的过渡连接方式影响进气角度,通过改变过渡连接方式将进气角度从50°增加至90°后,燃气流量为0.3 kg/s时,发动机推力提高10%,但会导致补燃室总压损失增大,发动机比冲降低2%。     

微爆轰推力器的冲量研究

利用瞬时爆轰假设以及小药量线性近似,假设推力单元内的微量含能材料的爆轰反应在瞬时完成,从理论上计算了微爆轰推力单元在真空中的冲量和推力,并在此基础上研究了含能材料的爆热、产物的等熵指数以及喷管的长度对单元的冲量和推力的影响,并通过数值模拟得到喷管底部压力曲线及单元冲量随喷管药柱长度比的变化.结果表明,推力单元的冲量随装药质量、等熵指数和比爆热的增大而增加;为了获得理想的推进性能,喷管的长度不能小于装药长度的4倍.