关于脉冲爆震发动机的学科前沿论文

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1、浅谈脉冲爆震发动机及其军事应用前景徐博引言前儿个刀，巧克兰危机闹得沸沸扬扬。据外媒报道，美军出动了代号“曙光女神”的超高声速战略侦察机对俄乌边境地区进行了侦查。这款侦察机最高速度在高海拔至少8马赫，升限40,000米……看到这里，我大吃了一惊——这货把SR-71“黑鸟”甩出了几条街啊，当吋我就冇了一个巨大的疑惑，它到底用的是什么发动机，使它能飞岀这样的数据。后来我接触到Y超燃冲压、脉冲爆震等一些高速高性能发动机，也了解到“曙光女神”用的就是脉冲爆震发动机，心中的疑惑逐渐解丌了。来到北理之后，魏志军教授给我们上了学科前沿，为我们讲了许多先进的推进方式，脉冲爆震发

2、动机就在此列。这更引发了我对脉冲爆震发动机浓厚的兴趣。所以冰有了这篇小论文。在我探究的一开始，曾经认为脉冲爆震发动机就是二战德国使用的V-1导弹发动机的复活，但不久之后我发现我错了。V-1用的叫脉动喷气发动机，它是喷气发动机的一种，在原地可以起动，构造简单，重量轻，造价便宜。但它工作时，火焰是以亚声速传播的，燃烧室压力低、比冲小，只适于低速飞行(速度极限约为每小吋640〜800公里)，飞行高度也有限，单h'd活门的工作寿命短，加上振动剧烈，燃油消耗率大等缺点，使得它的应用受到限制。而脉冲爆震发动机基木上是一个全新的概念。工作流程脉冲爆震发动机(roE)是一种基

3、于爆震燃烧的新概念发动机。它结构简争，工作范围广，是一种有前途的先进推进技术。关键问题为：在高速情况下燃料和空气的快速浞合、点火和爆震燃烧的维持。它由进气道、阀门、点火器、爆震室、喷管等组成。基木工作循环步骤第一，爆震燃烧室充满可爆混合物，第二，在燃烧室的开口或闭口端激发爆震波；第三，爆震波在燃烧室A传播，并在开口端排出；第四，燃烧产物通过一个清空过程从燃烧室屮排出。首先空气通过进气口进入爆震室，然后关闭阀门，使用点火器直接起爆，爆震波以2000m/s的速度向后传播。由于爆震室中的压力大于环境压力，所以在推力壁上产生推力。当爆震波到达爆震室出U时，由于压强仍大

4、于外部环境压强，所以产生一组膨胀波反向传进爆震室，进一步降低爆震室的压力，排气过程开始。当爆震室屮的压力降低到环境压力水平时，排气过程结束。此时阀门打开，新的反应物重新进入爆震室，开始下一轮循环O脉冲爆震发动机的优点首先，热效率高。和对于火箭发动机中常见的爆燃燃烧形式，爆震燃烧能以马赫数Ma=5〜6的速度向未燃烧的反应物传播，能产生3*106Pa〜1*107Pa的峰值压升。爆震发动机利用这种超声速波产生一个频率达到100Hz数量级的极短周期循环，所以其燃烧方式是不稳定和间歇式的。由于爆震波的传播速度极快，因此整个燃烧过程接近定容燃烧，而爆燃接近定压燃烧，从热力

5、学角度来看，定容燃烧的热力循环效率可达47%,明敁高于定压燃烧的27%,因此，基于等容燃烧的发动机比基丁•等压燃烧的发动机具有更高的热效率（燃烧屮转化为机械功的热量与消耗热量比值）。其次，结构简单。由于爆震燃烧产生的爆震波可使燃料的压力、温度迅速升高。因此，爆震燃烧的发动机可以不用传统发动机中的压气机和涡轮部件就能达到对气体进行压缩的□的，从而使发动机结构大为简化，降低发动机结构质量。因此可以得到极高的推重比。第三，工作范围大。超燃冲压式发动机不能在地面零速度状态卜*启动，而且以亚声速和较低M数飞行吋，其工作效率不高。而脉冲爆震发动机能以静止的方式启动，可在飞

6、行M数0〜12、飞行高度0〜50000米的范鬧内使用，而且推力的大小能够根据需要进行调节，推力范围在0.5〜50000千克之问，加速性能也较好。它可作为亚声速、超声速和高超声速飞行器的动力装置使用，KU普通的喷气式发动机不其备此种能力。第四，推重比大，耗油少。脉冲爆震发动机推重比可达20,另外由于其结构简单，质量相比其他发动机要小，耗油率相对涡喷发动机较低。脉冲爆震发动机工作吋，其爆震波是以超声速传播的，燃烧速度超过M数4,因而燃气压力大（可达10〜100个大气压）、比冲大（可超过2100秒）、燃烧温度高（2800°C以上）、耗油率低（单位燃料消耗率小于lkg

7、/kgXh）,与涡喷发动机非加力状态下的耗油率相当，大大低于涡喷发动机加力状态下的耗油率。第五，可靠性好，使用寿命长。涡轮喷气发动机由于宥高速旋转部件，工作环境恶劣，因而吋靠性和维修性都不够理想。脉动式发动机显然结构简单，但使用奇命却较短，有的只能稳定工作十几分钟。而脉冲爆震发动机由于采用间歇式循环（一个工作循环钮拈进气、喷油、点火、燃烧及排气），因此其壁温并不算太高，噪音也不算太大，工作稳定可靠，采用普通的耐高温材料就可制造其壳体。它的使用寿命耍比脉动式发动机长得多。此外，脉冲爆震发动机可采用现有材料和用现冇工艺生产。预计，PDE的成木可比超音速涡轮发动机价

8、格便宜75%。脉冲爆震发动机是□前惟一