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当前对脉冲爆震发动机作为推力系统的研究引起了它与传统发动机组合的研究。这种组合发动机是提高传统发动机性能的一项有效措施,组合动力系统也是当前研究的一个重要方向。本文设计了一台旋转阀式扇环形脉冲爆震-涡扇组合发动机(PDTE)原理样机,该样机采用六管组合、扇环形结构,爆震管当量直径为60mm,长度1100mm。供入爆震管的气流包括纯空气及高温燃气两部分,其中纯空气模拟外涵进气,高温燃气(温度在273K~873K之间可调)模拟内涵进气。在此样机上成功进行了多循环爆震试验,工作频率达到3×20Hz。主要研究成果如下:
开展了以簧片作为内涵气及燃油供入爆震管的单向阀门技术研究,试验表明:簧片厚度对簧片阀的响应、开启面积及强度产生影响,进而影响爆震管的爆震波的形成、爆震管内的协调工作等。采用厚度0.3mm的簧片作为PDE供油系统单向阀时,单管最大工作频率达到30Hz,爆震波强度在3.5Mpa左右,但簧片很容易撕裂,六管脉冲发动机不能协调工作。
开展了单波瓣掺混器PDTE的点火提前或滞后对爆震性能影响的研究。试验表明:对应某一频率有一理想点火角范围,提前角过大或滞后角过大都难以形成爆震波并且此时很容易出现连续燃烧或熄火。
创新性的引入隔离段并开展了隔离段对PDTE爆震性能、协调工作影响的研究。试验表明:隔离段可以有效消除爆震管内的反压对共用油腔的影响,避免共用油腔被爆震管内的燃烧产物污染,有利于多管脉冲发动机的协调工作。
开展了多波瓣掺混器PDTE的协调工作研究。试验表明:装有多波瓣掺混器、隔离段的PDTE可以在单管爆震频率20Hz,总工作频率60Hz的情况下协调工作。
本文的研究结果为进一步研究脉冲爆震-涡扇发动机打下了基础,提供了经验与依据。