提高氣動閥式脈沖爆震發(fā)動機性能的技術研究.pdf

1、脈沖爆震發(fā)動機作為一種新概念發(fā)動機，由于其簡單的結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的性能引起世界各國的濃厚興趣。本文以實驗為主要研究手段，研究了倒旋流氣動閥的工作特性、熱射流點火技術在PDE上的應用、爆震室壁面燃油蒸發(fā)技術在PDE上的應用及扇環(huán)形管內(nèi)爆震波的觸發(fā)與傳播特性，獲得了大量研究成果，主要包括如下：
　　 1.提出利用倒流旋轉(zhuǎn)以增大倒流阻力的PDE氣動閥設計思想；實驗研究了倒旋流氣動閥性能參數(shù)的影響因素：氣動閥的旋流數(shù)越大，倒流損失也就越大，單

2、向性越好；在進氣道進口處加裝一段直管可充分利用氣動閥發(fā)生倒流時的旋流，進而增加氣動閥的單向性能，實驗結(jié)果表明加裝1.5D(D為進氣道進口直徑)時效果最佳；綜合考慮氣動閥的單向性和進氣的阻力特性，認為采用軸向倒旋流的氣動閥更為適合中等尺寸(直徑100-200mm)的PDE使用；采用倒旋流設計的氣動閥能夠有效的減小PDE工作時壓力的前傳，抑制了70％左右的前傳壓力；采用數(shù)值分析的方法，結(jié)果顯示：旋流數(shù)的增加，可有效的減小倒流量；但太大的旋流

3、數(shù)會造成難以承受的進氣總壓損失，從而使單向閥系數(shù)降低，最佳的旋流數(shù)約在1.0左右。
　　 2.為了充分利用氣動閥下游、氣動霧化噴嘴出口處的回流區(qū)內(nèi)混氣紊流強度高、火焰加速快的優(yōu)點、克服不容易點火的缺點，采用了中心熱射流點火技術來實現(xiàn)回流區(qū)內(nèi)的點火，采用的平行直射流點火能夠在內(nèi)徑114mm，長約1100mm(10D)的爆震室內(nèi)獲得頻率50Hz的爆震波。
　　 3.為了使爆震室頭部燃燒放熱強度進一步加強，研究探索了中心旋轉(zhuǎn)射

4、流點火技術在PDE上的應用。將雙旋流氣動霧化噴嘴與點火電嘴一體化設計，即為PDE提供射流點火的預燃室，系統(tǒng)研究了雙旋流預燃室的氣動霧化性能及點火性能，研究發(fā)現(xiàn)該預燃室可靠的點火范圍很寬：實驗研究結(jié)果表明：采用旋轉(zhuǎn)射流點火技術為PDE提供高效的點火能量是可行的，旋轉(zhuǎn)射流預燃室的設計要與氣動閥、爆震室相匹配，本文設計的氣動閥，預燃室的喉道面積應選取在氣動閥喉道面積的5％-7％之間，效果最佳。
　　 4.在直徑約60mmPDE原理樣機

5、上，獲得了各個頻率下爆震管壁面溫度分布規(guī)律，并以此PDE樣機爆震室為基礎，設計了以空氣和煤油作為介質(zhì)的環(huán)彤蒸發(fā)器，系統(tǒng)研究了蒸發(fā)器的工作特性，得出了煤油蒸發(fā)率隨PDE工作頻率、蒸發(fā)器內(nèi)空氣量、燃油量及油氣比等參數(shù)改變的變化規(guī)律。
　　 5.用壁面蒸發(fā)器獲得的煤油蒸汽提供PDE工作時的部分燃料，實驗研究發(fā)現(xiàn)利用蒸發(fā)器蒸發(fā)煤油后，可以看到明顯提高了煤油混氣中爆震波的點火觸發(fā)和爆震波傳播特性；蒸汽器供氣量及煤油比例存在一個最佳范圍，在

6、此范圍內(nèi)PDE的爆震波傳播速度可接近氣體燃料，爆震波觸發(fā)時間和距離最短。
　　 6.研究了扇環(huán)形爆震管內(nèi)起爆傳播特性，發(fā)現(xiàn)爆震燃燒過程中下凸面附近反應最劇烈，壓力最高，也是整個截面最先起爆位置；由于整個截面反應的劇度不一致導致扇環(huán)形爆震管內(nèi)，爆震波的胞格尺寸沿徑向有變化，越靠近外環(huán)尺寸越大；煤油/空氣混合物在管內(nèi)的加速過程受空氣中氧氣含量的影響最顯著。研究結(jié)果顯示當按化學恰當比混合的混氣，空氣氧質(zhì)量分數(shù)大于等于31.5％時，在設

7、計的管道內(nèi)能夠產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)爆震波；混氣略微富油一點，對加速完成DDT過程是有益的，DDT過程對富油混氣敏感度小于貧油混氣：混氣溫度460K～579K變化時，混氣初始溫度對管內(nèi)火焰加速的影響不大；煤油/空氣混合物在扇環(huán)形截面管內(nèi)通過DDT方式獲得爆震波時，與同截面和體積的圓形爆震管相比，二者獲得的比沖特征在變化規(guī)律和數(shù)值上基本一致。
　　 7.分析得出在以射流方式進氣的PDE推力臺架測量實驗時，必須考慮臺架阻力對推力測量值的影響，利用