涡扇-脉冲爆震组合发动机内外涵掺混器研究

在涡扇发动机基础上,以脉冲爆震燃烧室代替普通加力燃烧室构成涡扇-脉冲爆震组合发动机。对该组合动力,涡扇发动机内外涵掺混过程对脉冲爆震燃烧室的进气状况有着重要的影响,本文针对环形混合器和波瓣混合器进行了数值模拟,揭示了两种混合器不同的掺混机理,同时研究了不同穿透率的波瓣混合器对流场的影响。结果表明,相对于环形混合器,采用波瓣混合器能够获得良好的掺混效果和PDE入口温度的提高;但随着穿透率的增加,波瓣混合器总压损失也会增加,同时PDE入口的氧气浓度也有所降低。

脉冲爆震外涵加力涡扇发动机总体性能研究

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%。

脉冲爆震外涵加力分排涡扇发动机性能分析

为了研究外涵带脉冲爆震燃烧室分排涡扇发动机的性能,基于部件法建立了外涵装有脉冲爆震燃烧室(PDC)的分排涡扇发动机性能模型,分析了PDC工作参数、外涵循环参数和飞行工况对整机性能的影响。结果表明:PDC频率提高,PDC增压比和加力温度提高,发动机单位推力增大,耗油率升高;PDC当量比增大,PDC增压比和加力温度先提高后降低,发动机单位推力先增大后减小,耗油率一直升高;脉冲爆震外涵加力由于只利用外涵部分气流组织燃烧,耗油率远低于传统加力的,当PDC频率超过41 Hz时,脉冲爆震外涵加力发动机的单位推力大于传统加力涡扇发动机的;涵道比增大,参与爆震燃烧气流增多,发动机单位推力增大,耗油率升高。风扇压比提高,发动机单位推力先增大后减小,耗油率一直降低;在飞行高度一定时,飞行马赫数提高,发动机单位推力减小,耗油率升高;在飞行马赫数一定时,飞行高度增加,发动机单位推力先增大后略微减小,耗油率先降低后略微升高;在不同飞行工况下,脉冲爆震外涵加力发动机的耗油率远低于传统加力涡扇发动机的。

脉冲爆震发动机的点火-起爆性能

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-起爆时间逐渐减小.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.

前置涡轮组合脉冲爆震发动机性能分析

为解决纯脉冲爆震发动机地面启动问题,并提升其低马赫数下的性能优势,提出了一种利用外涵中爆震室头部压力驱动内涵中涡轮转动部件的前置涡轮组合脉冲爆震发动机,建立了相应的性能分析方法,并对其部件特性及整机性能进行了计算研究。结果表明,近似稳态的涡轮总温总压进口条件可以在该组合发动机中实现,同时随着爆震室头部侧向开孔面积与爆震室面积之比(即驱动面积比)增大,流入发动机内涵驱动涡轮的气体流量增大,而涡轮前总温、总压及涡轮落压比减小,组合发动机整机推进性能增大;通过改变驱动面积比的大小,可以获得不同的压气机增压比以适于不同的飞行马赫数,进而实现发动机宽广的工作范围。

煤油/空气三管脉冲爆震发动机共用尾喷管研究

探索脉冲爆震-涡扇组合发动机的可行性,建立了煤油/空气三管气动阀式脉冲爆震发动机PDE试验系统,设计、加工了收敛型尾喷管和收敛-扩张型尾喷管,在三个内径100 mm,长2 000 mm的爆震管内获得了充分发展的爆震波,成功实现总工作频率30 Hz稳定时序工作,研究了三管PDE各爆震管之间爆震燃烧特性的相互影响规律.三管PDE安装共用尾喷管能够提高爆震室内压力,提高三管PDE的工作性能.研究结果为研制多管脉冲爆震发动机原理样机提供了理论依据.

点火能量对脉冲爆震发动机性能的影响

针对以汽油-空气为推进剂的吸气式脉冲爆震发动机,研究了点火能量及工作频率对发动机点火-起爆时间和发动机推进性能的影响。结果显示,随着点火能量的提高,点火-起爆时间逐渐减小,脉冲爆震发动机平均推力逐渐增加。随着发动机工作频率的提高,点火-起爆时间也逐渐减小,发动机稳定工作的最佳油气当量比减小,发动机平均推力接近线性增加;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。

脉冲爆震发动机快起爆的二维数值模拟

为研究脉冲爆震发动机的点火过程,用二维欧拉方程和Korobeinikov两步爆震模型对爆震波快起爆过程进行了数值模拟研究。用高温高压未燃气体点火方式来模拟试验中的电火花塞点火。研究表明:电火花塞的能量不足以直接点燃爆震波,爆震波是在经历了一系列反射激波的相互作用后最终建立的。激波 爆震波转捩是快点火过程,是爆震波建立的一个非常重要的机理。在设计点火装置时,火花塞要尽可能靠近壁面和拐角,以便产生高强度的反射激波。同时还要控制反射激波的方向,使之向未燃气体中顺利传播,才能起到很好的点火效果。

脉冲爆震发动机技术发展研究

阐述了脉冲爆震发动机(PDE)的工作循环过程、工作特点、主要形式及其应用前景。结合目前脉冲爆震发动机技术的发展现状,分析梳理了PDE的研究进展、发展形式、主要研究方法以及当前阻碍其实际应用的关键技术障碍与对策。同时指出,脉冲爆震发动机具有热效率高、结构简单、高经济性、宽应用范围等优点,被认为是21世纪最有发展潜力的技术,但是在实际应用之前,缩短DDT距离并产生连续可靠的爆震过程,以及研制经济的耐高温高强度材料仍是两大难题。

激光诊断技术在脉冲爆震发动机研究中的应用

在美国海军研究生院及斯坦福大学的脉冲爆震发动机 (PDE)模型上 ,应用两种新发展的二极管激光诊断技术———光吸收 /高温辐射组合测定法和多路复合可调二极管激光 (TDL)技术 ,测量了其中的温度、各燃烧产物组分等重要参数 ,并与传统方法所得结果进行对比 ,说明新方法可靠、准确 ,适合爆震燃烧流场这种特殊环境 ,测量精度更高 ,而且更加简便。

脉冲爆震发动机不同副室的快起爆过程数值模拟

爆震波的有效起爆是目前脉冲爆震发动机能否工作的关键。分别针对三种不同副室结构的爆震管,通过二维数值模拟研究了脉冲爆震发动机的起爆过程。研究表明:(1)电火花塞的能量不足以直接点燃爆震波,爆震波是在经历了一系列激波和反射激波以及与火焰阵面的相互耦合作用后最终建立的。(2)由于副室结构不同,激波向爆震波转捩时间也不同,将三种情况下的模拟结果进行对比,得出了SDT时间距离最短的最佳副室结构。

气-液组合横向射流中气体种类的影响

吸气式旋转爆震发动机中燃料的良好雾化对爆震燃烧的组织极其重要,气-液组合横向射流是其中一种重要的燃料喷注技术。为获取气体种类在超声速来流中对其的影响,通过数值方法对液体射流穿透深度和辅助射流气体分布进行研究。采用Euler-Lagrange方法研究不同气体射流对液体射流的作用规律,结果表明:气体射流通过激波结构降低局部来流动量通量提升液体射流穿透深度,相同的来流条件下气体射流动量通量越大,液体射流穿透深度越高,且主要影响扩张段之前的流场区域,气体种类的变化对于后场液体射流穿透深度和雾化特性几乎无影响。

煤油/空气三管气动阀式脉冲爆震发动机

在煤油/空气单管气动阀式脉冲爆震发动机(PDE)研究基础上,建立了煤油/空气三管气动阀式PDE实验系统。在进气加温的条件下,以煤油为燃料,低污染空气为氧化剂,在内径为100mm、长为2000mm的3个爆震管组成的三管气动阀式PDE中进行了多循环爆震实验,成功实现总工作频率30Hz情况下,保证三管正常时序工作,在每个爆震管中均获得稳定发展的Chapman-Jouguet(CJ)爆震波,研究了共用进气道对爆震室充填混气的影响和不同工作频率下三管气动阀式PDE的爆震波压力特性。研究结果为进一步研究多管PDE提供了基础,为探索脉冲爆震-涡扇组合发动机(PDTE)的可行性提供了初步的理论依据。