新概念脉冲爆震发动机的探索性研究

综述了国外脉冲爆震发动机研究的进展,介绍了作者在脉冲爆震发动机探索性研究方面的成果:对脉冲爆震发动机的热力循环进行了分析,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C 8 H 16 /空气混合物,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;实验研究了脉冲爆震发动机的直径、长度以及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;发展了脉冲爆震发动机工作过程的数值模拟程序,计算结果与试验符合良好.     

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。     

超声速进气道与火箭冲压发动机性能匹配研究

综合给出了二维超声速进气道内特性,并将其与整体固体火箭冲压发动机性能匹配计算相结合,建立了整体固体火箭冲压发动机特性计算一维模型与方法.选择进气道不同状态作为设计点,根据飞行速度/高度计算出了发动机非设计点性能和相应的进气道与发动机在非设计状态下的匹配点轨迹及性能.结果表明,超声速进气道设计点选取至关重要,它不仅影响整体固体冲压发动机性能,而且严重影响超声速进气道稳定工作范围.     

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。     

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.     

吸气式脉冲爆震发动机钝体气动阀的设计与实验研究

在吸气式液体燃料脉冲爆震发动机(PDE)协调工作基础上, 为了保证进气效率、减小阻力、提高爆震性能、增加推力, 设计了一种钝体气动阀。该钝体气动阀的进气道和钝体推力壁直径与爆震管直径相同, 推力壁设置圆柱形凹槽, 在钝体外侧设置环形通道, 钝体与环形通道出口保持合理间隙。实验证明: 不同爆震管直径的钝体气动阀PDE能够协调工作, 其爆震燃烧性能优于旋流气动阀, 在气动阀前方供油的爆震燃烧性能优于后方供油。     

21世纪世界航空动力技术发展趋势与展望

21世纪的世界航空动力技术将继续加速发展，有可能出现革命性变化。传统的燃气涡轮发动机仍具有巨大的发展潜力；随着超燃冲压发动机以及涡轮和火箭基组合循环发动机的应用，高超声速飞行将成为现实，并有可能迎来以高超声速空天往返飞行为标志的新的航空时代；脉冲爆震发动机、超微型发动机等新概念发动机必将登上历史舞台；新能源航空发动机将占据一席之地；航空动力技术将继续在人类科技发展和社会进步中占据重要的地位。     

静止、流动空-燃混合气的高能点火研究

在脉冲爆震发动机的实际应用中,高能点火相对于传统的点火方式有利于减少延迟时间、上升时间,缩短爆燃向爆震的转变距离。实验结果显示对于静止混合气延迟时间通常可以减少3倍,对于流动混合气(0.35 kg/s)延迟时间减少超过4倍,并且可以得到其他一些性能上的提高。进一步实验证明,如果反应物的化学当量比合适,则存在一个与其最适应的点火能量可以使爆燃向爆震的转变距离最小。     

液体火箭发动机自然循环回路预冷非稳态数学模型

针对液体火箭发动机自然循环回路预冷过程中的非稳态流动与传热问题,构建了一组涵盖主要传热工况的管壁与低温流体间的传热模型,耦合了循环回路的释热方程和低温流体间的流动传热方程,并采用二分法迭代求解自然循环回路预冷过程中的非稳态循环流量,建立了液体火箭发动机自然循环回路预冷的一维非稳态均相流动数学模型.与已有传热模型相比,在膜态沸腾阶段引入了反环状流膜态沸腾模型和弥散流膜态沸腾模型,保证了膜态沸腾从全液相到全气相过渡过程中物理意义上的逻辑自洽性,并以输送管为例,验证了液体火箭发动机自然循环回路预冷模型的有效性.     

脉冲式烟雾机燃烧室－喷管结构参数研究

论述了脉冲式烟雾机燃烧室－喷管结构参数的试验研究，并以脉动燃烧原理和非定常一元可压缩流体的基本理论分析，论证了参数选择的正确性．研究结果表明：脉冲喷气式发动机按声学共振原理工作；燃烧室－喷管，进气单向阀和进油单向阀组成一个自振系统；燃烧室－喷管的结构参数对发动机工作性能有重大影响．     

微型涡喷发动机推力测量的新方法与验证

设计了一种适用于微型涡喷发动机推力测量的摆架式测力装置,通过台架试车试验测量了发动机推力、转速等工作性能参数,以及发动机尾喷管进口总温、总压等热力状态参数,再利用一维气动理论和试车数据计算得出理论推力。结果显示实测推力与理论推力基本吻合,验证了推力测量方法的合理性。在此基础上进一步分析了发动机的单位推力、推重比、单位迎面推力等指标,研究表明该发动机高速性能优于低速性能,满负荷工况下发动机推重比为7.4,并且在结构紧凑性方面具有优化设计空间。     

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.     

火箭发动机液氢预冷回路非稳态传热特性研究

针对液氢预冷火箭发动机自然循环回路的流动与传热过程,建立了一维非稳态均相模型来研究预冷过程中管路的温降特性.在膜态沸腾阶段引入过渡膜态沸腾,保证了弥散流膜态沸腾向反环状流膜态沸腾的合理过渡.一般流体的膜态沸腾起始壁温T_L大于核态沸腾最高壁温T_(CHF),而氢的T_L小于T_(CHF),使得氢的沸腾曲线不同于其他流体,造成计算时传热与流型转换的不连续,因此考虑以T_(CHF)作为膜态沸腾起始壁温,以T_L作为核态沸腾最高壁温,通过增加过渡沸腾区来确保计算顺利进行.计算发现:预冷过程中,回路管壁温沿流动方向表现出从高到低的逆向分布规律,最高壁温点位于反环状流向弥散流过渡区间处,最高壁温点位置随时间逐渐向下游推进.     

汽油机不稳定燃烧边缘的稳定控制

介绍了供给汽油机稀混合气的方法和系统,分析了混合气逐步变稀时对汽油机性能的影响;提出了不稳定燃烧边缘的稳定控制理论,并为台架实验所证实。     

内燃机进排气管有限容积法一维非定常流模拟

应用有限容积法对发动机排气管系中的气体流动作模拟计算．该方法是以往一维非定常流动计算方法的进一步发展．与特征线法相比,具有计算稳定、质量流量误差小等优点．文中对该方法的模型作了简述,并以８Ｌ２４０Ｚ四冲程柴油机为例,进行了模拟计算,包括：发动机的性能参数、排气管系的压力波动情况、质量流量误差等．计算结果表明,该模拟方法具有较高的计算精度     

柴油机性能与排放预测的准维混合模型

对增压直喷柴油机的缸内空气卷吸、瞬态燃油液滴蒸发、燃烧过程的分段特征、化学反应平衡的最小自由能机理,实际气体性质修正、燃烧排放物生成等进行了分析,结合缸外的喷油过程仿真及进拓气过程的容积法,建立了一个综合的研究性能及排放的准维多区模型,并进行了两个机型多个工况的实机试验比较,结果表明该模型的变工况适应性较好,两个机型下计算与实测基本吻合,该模型的建立,有助于深入了解柴油机的结构与运行参数的影响,实