基于TDLAS的脉冲爆震发动机燃气温度测量

针对脉冲爆震发动机(pulse detonation engine,PDE)燃气温度参数在线测量,基于可调谐半导体激光器吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术,采用扫描波长直接吸收-时分复用策略,以H_(2)O分子为目标组分,设计了燃气温度测量系统,并将该系统应用于PDE燃气温度测量,获得了PDE燃气H_(2)O分子(7 444.352+7 444.371)-(7 185.587+7 185.597)cm^(-1)谱线对吸收光谱,并基于双线测温原理实现了5 Hz、10 Hz、15 Hz、20 Hz、25 Hz、30 Hz工作频率燃气温度的在线测量,详细讨论了PDE在不同工作频率下的燃气温度测量结果.结果表明:基于TDLAS技术可以实现PDE燃气温度在线测量.PDE在5 Hz工作频率时,爆震波燃气峰值温度为1 868 K,爆震波通过后,燃气温度存在618 K和424 K两个台阶;不同工作频率下,PDE的燃气温度变化规律较为相似,但随着工作频率的提高,燃气温度升高,这为PDE燃烧优化以及性能评估提供数据支撑.

脉冲爆震发动机

介绍了脉冲爆震发动机(PDE)的基本概念、工作原理、种类、性能优势、应用前景,关键技术及解决方法,其中着重介绍PDE关键技术及解决方法。此外,还对目前国内外在脉冲爆震发动机研究领域的进展进行了概述。

国外脉冲爆震发动机技术研究

本文介绍了脉冲爆震发动机(PDE)的基本概念、工作原理、性能优势、应用前景,以及面临的技术挑战,其中重点介绍了混合脉冲爆震发动机技术。此外,还对目前国外在脉冲爆震发动机研究领域的进展进行了综述。

脉冲爆震发动机尾喷管的实验

选取3类10种有代表性的脉冲爆震发动机尾喷管进行了试验.研究结果表明,各种喷管对性能均有提高;对每类喷管均存在一最佳面积比,使推力增益最大;在受试的尾喷管中,收敛-扩张喷管增益最大,达24%;填充系数对喷管性能增益影响甚微.

脉冲爆震发动机旋流式气动阀工作机理和扰流器阻力特性的实验研究

在脉冲爆振发动机 (Pulse detonation engine,PDE)上采用旋流式气动阀 ,并获得成功应用。在此基础上 ,通过测量旋流式气动阀正反向流动阻力系数 ,研究了旋流式气动阀的工作机理。同时 ,还研究扰流片形状、阻塞比、扰流片片数及间距对扰流器阻力系数的影响。研究表明 :PDE旋流式气动阀反向流动阻力系数仅比正向流动阻力系数大 5 %～ 3 6% ,并通过试验结果建立了 PDE旋流式气动阀工作机理。试验中发现 :扰流器的阻力系数和扰流片型式、堵塞比、扰流片数目和间距有关。这些研究结果对 PDE旋流式气动阀和扰流器设计有较大的参考价值。

脉冲爆震发动机模型机爆震室壁温分布试验研究

利用TVS2000 MKⅡ热成像仪,在脉冲爆震发动机原理性试验模型上,对爆震燃烧室在多循环工作状态下的外壁面温度分布进行了实验研究.发现爆震室外壁面温度分布呈现从前到后逐渐升高的趋势,距推力壁近的区域上升斜率大,距推力壁远的区域上升斜率趋缓,并在爆燃转变为爆震后的区域内温度梯度较小.壁温分布热平衡时间随爆震频率的升高而减小,且基本上呈线性关系.同一轴向位置处,壁温随爆震频率的升高而升高,并呈线性关系.同一爆震频率下,不同轴向位置处,壁温随时间的变化规律基本相同.

煤油/空气气动阀式脉冲爆震发动机试验

为了研究煤油/空气气动阀式脉冲爆震发动机(简称PDE)的爆震波特性,建立了一整套试验系统,在进气加温和燃油加温的条件下,以液态煤油为燃料、以空气为氧化剂,在内径100 mm、长为2000 mm的爆震管内进行了大量的多循环爆震试验。研究了液态煤油和低污染空气(接近纯空气)形成的可爆混气的爆震波特性,研究了气动阀和空气加热器的设计方法等。研究结果为进一步研究液态燃料和高污染空气形成可爆混气的爆震燃烧机理提供了依据,为研制工程应用的PDE提供理论和实践基础。

模型两相脉冲爆震发动机推力的测试与研究

应用推力间接测量法 ,对模型两相脉冲爆震发动机的瞬时推力进行了详尽的测试 ,并依此计算了相应的平均推力。分析比较所得结果表明 ,该模型能产生很大的瞬时推力。

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。

扰流片对汽油/空气脉冲爆震发动机爆震波压力的影响

在汽油 空气吸气式脉冲爆震发动机(PDE)协调工作的基础上,利用动态压力传感器测量了爆震波峰值压力。研究了圆环型扰流片的堵塞比、片数和间距对爆震波峰值压力的影响,以及上游扰流片间和下游扰流片间压力波峰值压力的变化。研究表明:一定结构的PDE,扰流片存在合理的堵塞比和间距以及最少片数。试验得到最佳堵塞比为44 5%左右,最佳片间距为爆震管内径的2倍左右,最少片数为6片。这些结果对PDE和扰流器的优化设计有重要指导意义。

频率30～50Hz两相脉冲爆震发动机研究

设计了一台内径58mm,长度1 275 mm的脉冲爆震发动机(PDE)原型机。采用地面充压进气,在工作频率30～50 Hz的工况下研究PDE爆震管内的压力波特性。试验发现,该PDE样机在频率50 Hz以内都能够稳定的以间歇方式工作,爆震波峰值压力大于1．6 MPa；随着PDE工作频率的提高,工作频率为45～50 Hz时,比40 Hz以下工作频率提前触发了爆震波,且爆震波得到了充分的发展。

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_8H_(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。

无阀两相脉冲爆震发动机循环过程实验分析

在无阀式以汽油为燃料，空气为氧化剂的脉冲爆震发动机（PDE）模型机上进行了低点火能量多循环实验研究，分析了无阀两相脉冲爆震发动机多循环工作过程。模型机热态试验提供了10～66Hz爆震循环特征时间分配和爆震管内不同位置压力的变化过程。由于在两相系统中存在较长的点火延迟时间和DDT时间，发现无阀PDE存在较长的点火后填充时间。通过对两相爆震波的形成过程和排出过程的实验研究和分析，以及点火后填充时间，提出了新的无阀PDE特征时间分布。不同频率实验结果表明，从火花塞放电到下一个循环新鲜混合气开始填充这段时间基本不变，称之为极限周期。在该模型中，点火延迟时间和DDT时间占据了极限周期时间的大部分时间．进一步分析了提高循环频率的关键因素。

脉冲爆震发动机净推力系数研究

研究脉冲爆震发动机 ( Pulse detonation engine,PDE)净推力系数的变化规律。净推力系数为 PDE发出的净推力与毛推力的比值 ,通过运用以试验结果为基础的简化假设和经验公式 ,推导出计算模型 ,并通过该模型分别计算了管径为 1 5 0 mm、长度为 1 .2 m和管径为 1 80 mm、长度为 1 .6,1 .8m的带不同结构类型气动阀的 PDE的净推力系数 ,得出不同结构气动阀的 PDE净推力系数随飞行速度的变化曲线 ,用管径为 1 5 0 mm、长度为 1 .2 m,带径向双旋流气动阀的 PDE性能试验进行了验证 ,试验证明该简化计算模型对实际

爆震频率对脉冲爆震发动机性能影响的试验研究

从影响脉冲爆震发动机爆震频率的因素出发,采用汽油为燃料,空气为氧化剂,研究了爆震频率对脉冲爆震发动机性能的影响。试验测取了各个爆震频率下稳定爆震的化学当量比范围,同时测试了不同工况下的爆震波压力、推力及爆震波速,发现当爆震频率较低时,发动机的工作范围较宽,爆震波压力、波速接近充分发展的理想爆震波,说明已产生了稳定、充分发展的爆震,脉冲爆震发动机的平均推力随着爆震频率的提高接近线性增大;但是随着爆震频率的提高,它的稳定工作范围变窄,爆震的强度降低。

多循环脉冲爆震发动机概念化设计

为发展一种基于多循环爆震试验的新的脉冲爆震发动机结构设计方法,以汽油为燃料、空气为氧化剂,在内径为50mm的脉冲爆震发动机模型内产生了充分发展的脉冲爆震,根据试验结果对脉冲爆震发动机的结构参数进行了设计,设计结果更接近工程实际。研究发现,当发动机结构尺寸一定时,决定推力壁压力等效作用时间的经验常数K不是一个定值,而是随爆震频率的增大按一定函数关系减小,当爆震频率增大到一定程度时,经验常数的变化幅度逐渐减小并最终趋于常值3 90。根据得到的经验性的函数关系计算出单次爆震的经验常数K为5 35。

脉冲爆震发动机气动阀阻力特性

利用风机出口速度模拟脉冲爆震发动机(PDE)的不同飞行状态,采用力传感器研究不同进气动压(飞行速度)下,气动阀关闭和开启时PDE的阻力。试验表明:PDE阻力随进气动压增加线性增加,与飞行速度成平方关系。气动阀关闭时阻力最大,对不同结构型式的气动阀,在其开启时阻力不同。PDE爆震室装扰流器时阻力增加,不同气动阀在装同种扰流器时,其对PDE的阻力影响程度不同,安装整流栅有利于降低阻力。试验结果在保证PDE正常工作和产生一定推力的条件下,对研究减小PDE阻力和提高有效推力及预估高速飞行时的阻力有重要参考价值。

燃料种类对脉冲爆震发动机性能影响的研究

针对自行设计的脉冲爆震发动机试验模型，研究燃料种类对脉冲爆震发动机性能的影响规律，并以汽油的实验值为例给予验证。为脉冲爆震发动机燃料的选择提供理论依据。

多循环脉冲爆震发动机净推力估算

为了研究试车台上脉冲爆震发动机(PDE)净推力的估算方法,在常温常压条件下,进行了大量的多循环爆震试验,在内径为150mm,长度为1800mm的爆震管中,成功地产生充分发展的爆震波。采用了动态和稳态推力计分别测量试车台上PDE的净推力及气动阀开和关时PDE的阻力,建立了试车台上PDE净推力的近似计算模型,同时研究了PDE净推力的主要影响因素。试验结果表明,PDE阻力与模拟飞行速度(或爆震室充填速度)有关;直接测量到的发动机推力与利用模型计算的净推力基本一致。研究结果对工程应用的PDE的优化设计,深入研究具有重要的参考价值。

部分填充对脉冲爆震发动机冲量的影响

以汽油为燃料、空气为氧化剂,在长度一定的脉冲爆震发动机上,通过改变燃料填充长度进行了部分填充试验,试验涵盖了较宽的填充系数(燃料填充长度与爆震管长度之比)范围。采用对爆震管封闭端燃气压力积分的方法计算发动机冲量。结果发现,以燃料质量为基础的比冲随着填充系数的增大而减小;相反,以混合物质量为基础的比冲随着填充系数的增大而增大。研究还发展了部分填充模型用来推算爆震管部分填充状态的冲量。