中国脉冲爆震发动机技术研究发展现状课件

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1、中国脉冲爆震发动机技术研究发展现状主讲人：李光宇上海市应用数学和力学研究所ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics2——中国脉冲爆震发动机技术研究发展现状一、简介脉冲爆震发动机（PulseDetonationEngine，PDE）是一种利用脉冲式爆震波产生的高温、高压燃气来产生推力的新概念发动机。特点：热循环效率高、燃料消耗率低、结构简单、重量轻、推重比高、比冲大等优点。用途：战略飞机、无人机、导弹的动力装置轨道转移发动机、行星着陆发动机以及航天

2、器姿态控制、卫星机动的动力装置等上海市应用数学和力学研究所ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics3——中国脉冲爆震发动机技术研究发展现状二、PDE工作模式及研究2.1推进系统分类：火箭式、吸气式、组合循环以及混合循环4种方式火箭式：脉冲爆震火箭发动机（PDRE）需自带氧化剂吸气式：吸气式脉冲爆震发动机（APDE）以空气为氧化剂组合循环：在相同的流道里安装不同循环方式的发动机，每种循环在不同飞行速度范围内工作,以优化整个系统性能混合循环：采用脉冲

3、爆震燃烧室（PDC）与涡轮机械相组合的方式，用爆震燃烧代替定压燃烧上海市应用数学和力学研究所ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics4——中国脉冲爆震发动机技术研究发展现状上海市应用数学和力学研究所ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics5——中国脉冲爆震发动机技术研究发展现状2.2核心技术爆震起爆及与之相关的燃料喷射与混合技术是PDE发展过程中的核心技术点火与起爆：直接起爆需要极大的火花

4、放电能量，工程应用中难以实现，因此国内目前均采用由爆燃向爆震（DeflagrationtoDetonationTransition，DDT）转变的间接起爆方式。然而，火花放电能量仍然相对较小，研究者也尝试采用热射流点火等方式来强化起爆效果，但该方式明显增加了系统的复杂性和结构质量，因而在工程中的实现方式尚待研究。上海市应用数学和力学研究所ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics6——中国脉冲爆震发动机技术研究发展现状DDT过程：如果DDT距离较短

5、，则爆震管中等容燃烧方式的比例增大，发动机的热循环效率提高；反之，发动机的热循环效率降低。那么如何缩短DDT距离？增大了爆震管内流动的湍流强度，加速了化学反应速率上海市应用数学和力学研究所ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics7——中国脉冲爆震发动机技术研究发展现状燃料的喷射与混合技术：目前PDRE采用旋流进气，燃油喷射后与旋流气体快速掺混；APDE则采用直流和旋流进气2种方式，通常通过压力雾化喷嘴进行燃油喷射，能够在进气道上、下游进行掺混。可

6、靠的点火起爆、精细的燃油雾化、与氧化剂的快速掺混，以及由此带来的DDT距离的缩短，共同促进了爆震频率的加快，目前以汽油/空气为燃料的原理性PDRE的最高工作频率可达66Hz；以煤油/氧气为燃料的PDRE最高工作频率可达45Hz。上海市应用数学和力学研究所ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics8——中国脉冲爆震发动机技术研究发展现状目前APDE进气道结构通常为带有中心锥的环腔结构，旨在减小进气流阻，并增大爆震产物前传的反向流阻，从而实现工程需要的

7、“单向阀”功能。虽然目前所发展的APDE已能稳定工作，且最高爆震频率达到40Hz以上，但所采用的“单向阀”进气道结构仍然存在较大技术问题，主要在于进气流阻相对较大，而对于燃气的反向封闭效果并不理想，这将显著降低APDE的推进性能。由于APDE进气道对于混合循环及组合循环PDE的成功研制也具有重要意义，因此，APDE进气道及其与爆震管的耦合技术将是当前及未来亟待解决的技术问题。上海市应用数学和力学研究所ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics9——

8、中国脉冲爆震发动机技术研究发展现状增推技术：研究表明，在爆震管内使用障碍物可显著缩短DDT距离，但同时也将发动机比冲减小了超过25％。这一结果显示了较为矛盾的设计准则：高效的起爆要求具有足够的障碍，但过多的障碍会引起很大的压力损失。增推结构和方法：喷管、部分填充及引射器等，或采用其组合方式其中所采用喷管包括收敛、扩张和拉瓦尔喷管，而部分填充相当于使用了不同长度的等截面直喷管。研究表明，收敛、拉瓦尔喷管和部分填充都不同程度地增大了发动机推力，