【摘 要】
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爆轰比爆燃有着理论上的优点,是一种高效的燃烧方式。基于爆轰燃烧方式的脉冲爆轰发动机(Pulse Detonation Engine,简称PDE)在未来飞行器的推进系统方面有着诱人的应用前景。爆
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爆轰比爆燃有着理论上的优点,是一种高效的燃烧方式。基于爆轰燃烧方式的脉冲爆轰发动机(Pulse Detonation Engine,简称PDE)在未来飞行器的推进系统方面有着诱人的应用前景。爆轰波的有效起爆是实现PDE潜在优势的基础,会影响到PDE的推力性能。本文以实验研究为主,辅助必要的数值模拟和理论分析,对应用于PDE的燃料的爆轰起始特性和不同起爆状态下PDE单次爆轰产生的冲量和平均推力大小进行了研究。主要研究内容如下:
(1)确定了气态燃料(氢气/乙炔)和液态燃料(汽油)与氧气和空气混合物的爆轰起始范围和特性,并且探求利用射流点火管对可燃混合物直接起始爆轰的点火能力,比较多种点火器及其点火能量对爆轰起始特性的影响。实验结果表明:氢气、乙炔和汽油三种燃料与氧气在化学当量比条件下均能直接起始爆轰,但与空气混合时在使用点火能力很强的射流点火管点火时都不能直接起爆。
(2)建立了基于动量变化的推力测量方法,应用该方法和推力壁压力曲线积分方法,测量对比了直接起爆、DDT起爆和未起爆状态下,PDE单次爆轰产生的冲量和平均推力。实验结果表明:直接起始爆轰时,PDE产生的冲量和平均推力最大;DDT起爆得到的冲量与宜接起爆的冲量相同,但是平均推力减小;未起爆状态下,爆轰管内只是燃烧过程,得到的冲量和平均推力均小于直接起爆时的值。平均推力是衡量PDE推力性能的重要指标。
(3)对PDE进行数值模拟研究,详细描述了PDE的工作循环过程,分析了PDE推力性能的计算方法,为建立基于动量变化的推力测量方法提供了依据。
(4)应用经典的气体动力学理论,在封闭端点火和开口端点火两种点火方式下,对一维脉冲爆轰发动机简化模型的推进性能进行珲论分析,得出一些重要的解析公式和结论,对快速、可靠的评估PDE的推力性能并进行参数预估有一定的意义。
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