气固两相粉末燃料爆轰及其推进应用研究进展

粉末燃料因其能量密度高、稳定性好等优势,作为爆轰推进动力系统的燃料或添加剂,具有广阔的应用前景。根据气固两相粉末爆轰的燃料种类进行分类,并以指导粉末爆轰推进技术应用为导向,回顾粉末燃料在氧化剂氛围以及气体燃料/氧化剂氛围中起爆特性和传播特性的国内外研究进展,并对二者进行理论和工程技术的研究归纳,概括影响气固两相爆轰起爆和传播特性的因素以及重要的研究结论。从应用前景、推进性能、难点与挑战等角度对两相爆轰发动机研究进行综述,在总结发动机数值和实验研究现状的基础上,对未来需要开展的研究工作进行展望。

混合式脉冲爆震发动机原理性试验系统设计、集成与调试

设计、集成了由涡轮增压器、脉冲爆震燃烧室、燃油供给单元、润滑单元和测控单元构成的混合式脉冲爆震发动机原理性试验系统。初步实验研究表明该系统运行可靠。当脉冲爆震燃烧室与涡轮组合工作时,可在一定频率范围内稳定工作;爆震室头部及管壁沿程压力相对于爆震室独立工作时有所提高;压气机出口空气流量远大于爆震室进口空气流量,证明利用压气机给爆震室供气是可行的。在5Hz爆震频率下,涡轮被爆震产物冲击20min后,叶片没有任何烧蚀和裂纹出现。

脉冲爆震与涡轮混合式发动机设计与性能计算

初步设计了满足爆震室进口流量、压力要求的离心式压气机和向心涡轮,并对整个脉冲爆震涡轮喷气发动机性能做出估计。算例结果显示,以航空煤油为燃料、空气为氧化剂,压气机设计出口流量为2.4 kg/s,转速为24270.5 r/min,在总当量比为0.25下,该发动机的单位推力约为853 N/kg/s,单位燃油消耗率为0.076 kg/(N.h)。本文还对带涡轮增压器的脉冲爆震发动机进行了初步原理性试验。试验表明:压气机产生的空气量可满足爆震室的需要,涡轮在经历上千次爆震后仍然完好。

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。

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。

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。

混合式脉冲爆震发动机性能分析

针对一种小型涡喷发动机和脉冲爆震发动机（PDE）的混合推进系统,介绍了其结构组成及工作过程,建立了性能计算的简化数学模型,分析了其飞行性能及涡喷发动机效率特性的影响。结果表明,为降低耗油率,提高单位推力,涡喷发动机最佳增压比为5-8,最佳涡轮前燃气温度为1 200-1 300 K;保持PDE进口压力不变,随着飞行马赫数的提高和飞行高度的降低,发动机推力下降,总耗油率升高;随着压气机和涡轮效率的降低,PDE单位推力变化不大,耗油率明显升高。

混合式脉冲爆震发动机原理性试验系统测控单元设计

介绍了混合式脉冲爆震发动机原理性试验系统及其测控单元,详细阐述了测控单元各分功能模块的硬件设计及基于PLC和触摸屏的测控与显示软件设计方法;集成该测控单元的软、硬件模块,并与混合式脉冲爆震发动机试验器联调;试验结果表明,该测控单元能够及时和准确地实现对混合式脉冲爆震发动机原理性试验流程的控制和工作参数的测量,具有操作方便,性能可靠的特点。

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。