PDE脉冲爆震发动机.ppt

结构大大简化 不用传统压气机 和涡轮 发展历史—日本筑波大学火箭式PDRE 脉冲爆震涡扇组合发动机 美国GE公司组合循环 脉冲涡轮发动机 结语 尽管当前的爆震理论还不够完善，爆震推进也面临诸多难题与挑战，但可以肯定的是，未来脉冲爆震发动机技术的发展，将对整个航空航天动力领域产生深远影响。 目前飞行器的动力大多是燃气涡轮发动机。研发者在不断改善其动力性，经济性时，也在研究一种基于爆震燃烧的新概念发动机。爆震燃烧产生的爆震波使可爆燃料的压力、温度迅速升高（压力可高达100个大气压，温度可达2000℃）。 爆震在内燃机是不正常的燃烧现象，常见于汽油机，是由末端混合气自燃产生的强激波和缓燃波耦合到一起产生爆震波损害发动机。同时我们也应该看到，爆震波传播速度极快可达一两千米每秒，超声速燃烧；并且具备自增压能力，可以不用传统的压气机和涡轮部件就达到对气体进行压缩的目的。 早在上世纪40年代，国外提出脉冲爆震概念，技术限制没能深入； 80年代得益于计算机技术激光测试技术，美国海军研究生院展开新的探索并研制出PDE原理样机； 2003年美国普惠PW公司研制了全尺寸，飞行进气条件下五管旋转阀试验样机； 2008年美国空军研究室和ISSI公司在加利福尼亚进行以PDE为动力的有人飞行试验。 * 2003年美国普惠PW公司研制了全尺寸，飞行进气条件下五管旋转阀试验样机，如图两种。爆震管直径大约100mm，长度不足一米。模拟飞行马赫数2.5，飞行高度12km的地面试验，实现单管工作频率80Hz，推力6700N。 07年，日本筑波大学设计了一种火箭式脉冲爆震发动机（自带燃料）并进行了推力测试实验。全长约2米，内径100mm。总重24.1kg。研究人员在9m长的导轨上进行了推力测试实验，爆震工作频率为6.67Hz（很低），工作时长3s，共进行了13次爆震循环。推力计算忽略空气阻力，单次脉冲获得的最大推力大约为345N，但平均推力只有130N，频率太低。 08年1月，美国空军研究室在加利福尼亚成功进行第一次以PDE为飞行动力的有人飞行试验。 飞机采用火箭助推起飞，飞行状态改为PDE工作。PDE采用活塞式缸头，4跟爆震管平行阵列，单管工作频率20HZ,总频率为80HZ。峰值推力大900N。 爆震技术一个趋势是向组合动力方向发展，将PDE于传统的燃气涡扇发动机组合，实现优势互补，大大提高综合性能。 2000美国空军研究室于PW公司提出的安装在外涵道以取代加力燃烧室的脉动爆震涡扇组合，并对其性能预估，当爆震管工作频率100Hz时，组合推力提高近20%，比油耗下降40%.但是没有考虑如何解决爆震管运行时对风扇的影响。 在原涡轮风扇发动机加力燃烧室位置上用脉冲爆震发动机代替，降低爆震燃烧对风扇的影响，利用高温核心流辅助爆震燃烧组织和实现；并且增加了辅助冲压进气通道，模态转换阀门。相比于纯爆震燃烧发动机，这是比较可行的方案之一。 上世纪90年代中后期国内开始对PDE展开研究，像南航，西工大，中科大，中科院力学等，对机理和原理样机方面都有研究。 * 循环过程在爆震管中完成，爆震管就是形成预混合气，触发爆震，并让其传播的燃烧室。不过，它是一端封闭，一端开口的。循环过程 1.将预混合可燃气充入爆震管，或者分别供入再混合；2在封闭端通过爆震源触发爆震波；3或者直接点燃混合气，形成缓燃波，缓燃波在传播过程中逐渐加速，形成爆震波；4爆震波形成后迅速向下游传播，将未燃混合气变成高温高压燃气4爆震波传出爆震管时，将产生膨胀波，高温高压的燃气从开口端排出。 * 由于在爆震循环中爆震波的传播速度非常之快，以至于燃烧产物来不及膨胀，所以爆震循环接近于等容循环；而传统的燃气涡轮发动机是等压循环。等容循环的热效率（50%）是比等压循环的热效率（30%）高的； 结构上看脉冲爆震发动机较传统的发动机更加简单一些，没有涡轮叶片等复杂装置、外部结构大致可分为进气道、爆震发生室还有尾喷管，内部结构比如爆震触发器、喷射装置等，由于删除了压气机和转动部件，脉冲爆震发动机比传统的涡轮动力更轻； 脉冲爆震发动机被认为是21世纪最有潜力的空天动力，推重比可达20以上，中国WS15推重比可以达到10，而美国F135大概是10-12 简单的说，PDE就是一根一段封闭的管子。在封闭段点火的话，只要管子够长，总是能够产生爆震波的。爆震波的速度达到1000m/s以上，并且压力至少在2MPa，高速气体通过喷管的膨胀加上高压作用在推力壁上（就是封闭端）如产生推力。 直接触发是可以的，对于碳氢燃料来说，直接触发爆震的点火能量需要非常大，需要100KJ到1000KJ的点火能量。现有的点火装置很难做的到。因此，大多数的研究都是围绕DDT这种点火方式来进行的。DDT过程简单的来说，就是先把未燃混气点着，再通过一系