喷管对脉冲爆轰发动机性能的影响

采用热力学循环分析方法, 从理论上推导了脉冲爆轰发动机(pulse detonationengine, PDE)不完全膨胀条件下的热效率公式, 并定量考察了不同燃烧室初始温度下热循环效率随出口压力比的变化, 研究表明气体膨胀越完全, 工质的热循环效率越高. 应用数值模拟方法分别研究了收缩-扩张喷管和扩张喷管, 比较了它们对PDE推力和比冲的影响, 考察了它们在PDE各个循环阶段的作用. 此外, 还分析了收缩-扩张喷管收缩段引起的反射激波的影响, 理论上反射激波会降低PDE热循环效率和比冲, 但当反射激波马赫数小于1.5时, 对PDE热循环效率的影响很小, 其正面作用占优.      

引射器位置对脉冲爆震发动机性能影响

以氢气和氧气混合物为例,通过对加装收敛扩张型引射器,采用数值计算方法对脉冲爆震发动机性能进行模拟,获得了爆震管出口相对引射器喉部处于上游、中间和下游三种引射器位置对脉冲爆震发动机性能的影响规律.计算结果表明,爆震管出口相对引射器喉部处于下游时的增推效果最好,处于中间时次之,上游时效果最差.将二次流率与增推比进行比较,发现引射器的冲量增推比随引射的二次流率增加而增大.     

多循环脉冲爆震发动机流场数值研究

针对二维带有收敛扩张喷管的脉冲爆震发动机模型，采用带基元化学反应的Euler方程组和H2、空气的9组分20基元反应，对发动机在前六个工作循环的流场进行了数值模拟。通过对前几个循环流场进行比较，发现脉冲爆震发动机在第五个循环后流场就基本稳定，单循环得到的流场和多循环稳定后的流场有很大的差别，同时喷管对发动机内流场影响特别大。     

脉冲爆震发动机进气道气动性能的数值研究

采用有限体积法计算了脉冲爆震发动机某轴对称超音速进气道在3种 不同出口条件(单个正弦扰动压力、某脉冲爆震发动机爆震室头部表压和进气道出口堵塞) 下的进气道内结尾正激波的运动情况，得出了进气道内结尾正激波运动特性和不同出口条件 的关系. 在计算中，采用了多块结构化网格，控制体积的界面无黏通量采用三阶迎风格 式插值获得，同时采用了minmod通量限制器以确保在激波处的解的物理特性；扩散通量采 用二阶中心差分格式插值获得. 定常计算采用当地时间步法，非定常计算采用双时间步法. 离散的代数方程采用交替方向迭代法求解。     

爆震室壁面条件对脉冲爆震发动机爆震性能的影响

在爆震室内快速形成稳定传播的爆轰波是脉冲爆震发动机的关键．本文利用有限速率化学反应模型,考虑粘性、热对流,基于N-S方程对氢气与空气/氧气为反应混合物的爆震发动机爆震室内流场进行计算．从流场压力、速度、涡量、湍流动能等方面研究爆震室壁面条件对燃烧爆轰性能的影响,分析流场爆轰波压力与流场湍动能的关系,讨论可燃气体燃烧转爆轰的机理．结果表明：爆震室内燃烧爆轰机理受到化学反应能量释放、壁面摩擦效应、壁面与外界热交换的影响．在文中讨论的范围内,相比于半圆形和三角形的爆震室装置,矩形的爆震室增强装置能在更短的时间内得到较高的爆轰波压力和湍动能峰值．壁面粗糙层高度（粗糙度）影响爆震室的燃烧爆轰性质．当壁面粗糙度为0.15mm时,粗糙度对爆轰的激励作用大于抑制作用,能较快形成稳定的爆轰波,且推力为35.5N;随着壁面对流换热系数的增大,爆震室壁面的散热加剧．当壁面对流换热系数大于临界值2.6W/(m2·K)时,爆震室内不能形成稳定的爆震波．     

脉冲爆轰发动机的系统性能分析

采用简化的脉冲爆轰推进装置模型,利用热循环效率分析方法,推导了包含进气道总压恢复系数的热循环效率公式. 并在特定来流条件下,考察了一个爆轰循环中进气道总压恢复系数和燃烧室初始温度对热循环效率和比冲的影响. 研究发现,降低来流总压损失有助于提高热循环效率,而提高燃烧室初始温度能更有效地提高热循环效率. 据此,提出了多级重起爆脉冲爆轰发动机概念,利用在突扩截面上解耦的爆轰波的前导激波去再次压缩工质,进一步提高工质的热力学参数,从而提高脉冲爆轰装置的热循环效率. 推导了此种构型PDE的热循环效率计算公式,并对多级重起爆脉冲爆轰发动机进行了原理性论证. 研究结果表明,多级重起爆方法提高了燃烧室的爆前温度,从而有效地提高脉冲爆轰发动机热循环效率. 最后,关于出口工质的非完全膨胀的情况,做了定性的阐述,认为只有降低工质的出口压力,才能更有效增加工质的出口动能,从而提高热循环效率.      

斜爆震燃烧与斜爆震发动机研究进展

发展更高性能的吸气式高超动力成为未来高超声速飞行器研制的重中之重。现有基于煤油燃料的超燃冲压发动机,主要以爆燃模式组织燃烧,在高来流马赫数(Ma≥8)条件下,将面临高来流总温带来的高温离解和化学非平衡效应所带来燃料的能量难以充分释放和利用的难题,相比之下,斜爆震组织燃烧更接近于等容燃烧,具有燃烧释热速率快、热循环效率高等优势,是一种可应用于高马赫数吸气式动力的理想燃烧模式。斜爆震发动机能够显著缩短燃烧室长度,减少释热面积,是高马赫数飞行器极具潜力的吸气式动力方案。其中,斜爆震发动机内流道各部件的匹配设计、燃料喷注-混合、斜爆震波的起爆与驻定等是斜爆震发动机研制的关键技术,是当前高超声速领域的研究热点。但由于其面临的高速、高总温总压的来流条件以及爆震波在流场中的强间断与高速传播特性等,现有试验与数值模拟研究手段难以开展精细的燃烧流动机制研究,进而限制了相关控制机理的揭示与高精度模型的建立,使得斜爆震发动机工程研制较为困难,当前研究仍存在许多值得探讨的地方,文章在综述的同时对下一步研究提出相关建议。     

用于推进的三种爆轰波的结构特征

爆轰发动机研究的关键技术之一是如何将其控制在燃烧室内.根据控制手段的不同,爆轰发动机可大致分为:驻定爆轰发动机、脉冲爆轰发动机和旋转爆轰发动机.存在于燃烧室的爆轰,在宏观和精细结构以及自持机理等方面皆不同于CJ(Chapman Jouget)理论为基础的经典爆轰.本文将对此类无害爆轰的特征结构进行分析、比较与评述,这对了解爆轰理论和研制爆轰发动机是有益的.      

高超声速飞行器动力系统研究进展

简要介绍了高超声速飞行器动力系统的概况.第2部分介绍了超燃冲压发动机、爆震发动机和组合循环发动机等典型高超声速吸气式发动机的基本工作原理与系统组成,描述了各自的特点.第3部分阐述了高超声速飞行器动力系统存在的难点问题,并列出了在总体设计、进气道、燃烧室、尾喷管、热防护、轻质结构、燃油供应与控制等方面的关键技术.第4部分回顾了上述几种典型发动机的发展历程,比较全面地介绍了世界主要航空、航天大国在动力系统关键技术攻关与系统研制方面的主要研究计划和取得的主要进展,总结了经验教训, 指出了发展趋势.第5部分阐述了高超声速飞行器动力系统中的燃烧过程及其燃烧基本问题,介绍了主要研究进展.      

增强型喷射器对爆轰波DDT过程的影响

在激波、火焰及射流同时存在的流场中,组织燃烧转爆轰过程是脉冲爆震发动机实现点火、起爆的关键问题。设计一类喷射器,采用C_2H_2/O_2/Ar反应,数值验证了该喷射器能增强爆震室燃料燃烧转爆轰的可行性,并讨论了流场中热点的点火机制。结果显示:该装置在流场中可激发不稳定性,产生漩涡,加速能量、质量的交换。流场产生热点,促进火焰速度加快,追赶前导激波。喷射器位置影响前导激波的运动速度。在一定范围内,前导激波速度越大,碰撞产生的热点越容易激发燃烧转爆轰过程。     

三爆轰管-脉冲爆轰发动机的近场噪声特性

为研究三爆轰管脉冲爆轰发动机噪声的形成机理和特性,设计了正三角形组合的三爆轰管PDE实验系统,分别在与中心轴线成0°、30°、60°及90°方向上,对8个不同距离处的声压进行了测量,结果表明:不同距离处噪声幅值最大值均在30°方向上;爆轰噪声的参考半径为3倍“名义管径”;爆轰噪声的A持续时间随着r(距离三爆轰管名义“中点”的直线距离)的增加近似线性减小,并随着角度的增大而减小。B持续时间与声压值的大小成反比关系,并且随着轴向距离的增加而增加。在不同的方位角上,峰值声压越大,B持续时间越小。     

脉冲爆轰发动机技术的原理和实验研究进展综述

脉冲爆轰发动机是一种新概念引擎,具有热循环效率高的显著优点。介绍了脉冲爆轰发动机的基本工作原理、优点和军用、民用上的广阔前景;综述了脉冲爆轰最新的实验研究进展;讨论了单循环爆轰的工作过程以及试验研究脉冲爆轰的主要难点。     

多管脉冲爆轰发动机外三维流场的数值计算

为研究多管脉冲爆轰发动机黏性外流场变化特点,推导了三维黏性CE/SE方法,并对7管脉冲爆轰发动机的内、外流场进行了数值计算. 7个爆轰管的排列方式是1个居中、另外6个绕其形成环状排列. 管内流场采用一维模型进行处理; 管外流场采用三维模型进行计算, 得到多管脉冲爆轰发动机黏性外流场的变化规律. 计算结果表明,此多管脉冲爆轰发动机黏性外流场中存在旋涡及多道相互作用的激波与膨胀波, 该结果对多管脉冲爆轰发动机外流场特性研究具有一定的参考价值.      

一种新的闪光照相CCD图像的扩散滤波方法

为了提高闪光CCD图像质量,提出了基于偏微分方程（partial differential equation, PDE）的智能中值-非线性扩散滤波(intelligent median-nonlinear diffusion filtering, IMNDF)方法,充分发挥了智能中值滤波和非线性扩散滤波的优势。数值实验结果证明,该方法对于两类最具代表性的噪声（高斯和脉冲）的混合问题有很好的消噪效果,其信噪比改善因子（promotion of signal-to-noise ratio, PSNR）较传统方法提高了3~5倍。对闪光照相CCD图像取得了很好的消噪声结果。     

喷管结构形式对爆震发动机性能影响分析

为了研究喷管结构形式对爆震发动机性能的影响,本文以氢气和氧气混合物为例,对不同喷管结构形式的爆震发动机工作过程进行了数值模拟。模拟结果表明:采用收敛型喷管可以增加爆震管内压力,但会造成喷管内的负推力;采用扩张型喷管会使得喷管内的压力迅速下降,但可以提供正推力;采用收扩型喷管时喷管的冲量一般较低,但爆震管的冲量会有提升,可以显著提高爆震发动机性能。     

"孤立子"激光器

近廾年来,超短脉冲(USPS)是物理学领域的一项重要课题,最近已能产生短至12fs(=12×10~(-15)秒)的激光脉冲.产生短脉冲的第一步技术被称为"Q-开关"技术,它能获得10-15毫微秒范围的脉冲,其第二步是"锁 ...     

多管脉冲爆轰发动机管外复杂波系的研究

为了研究多管脉冲爆轰发动机外流场复杂波系变化特点,用CE/SE方法对7管脉冲爆 轰发动机内、外流场进行了计算. 7个爆轰管的排列方式是1个居中,另外6个绕其形成环 状排列,管内填充按化学当量比混合的氢气氧气混和物. 计算结果表明：CE/SE方法是一种 好的爆轰波模拟方法,能有效地捕捉激波等强间断;7管脉冲爆轰发动机外流场中存在着多 道相互作用相互影响的激波与膨胀波. 计算结果对多管脉冲爆轰发动机外流场复杂波系的特 性研究具有重要参考价值.     

"孤立子"激光器

近廾年来,超短脉冲(USPS)是物理学领域的一项重要课题,最近已能产生短至12fs(=12×10~(-15)秒)的激光脉冲.产生短脉冲的第一步技术被称为“Q-开关”技术,它能获得10—15毫微秒范围的脉冲,其第二步是“锁     

基于神经算子与类物理信息神经网络智能求解新进展

深度学习通过多层神经网络对数据进行学习,不仅能揭示潜藏信息,还能很好地解决复杂非线性问题.偏微分方程(PDE)是描述自然界中许多物理现象的基本数学模型.两者的碰撞与融合,产生了基于深度学习的PDE智能求解方法,它具有高效、灵活和通用等优点.文章聚焦PDE智能求解方法,以是否求解单一问题为判定依据,把求解方法分为两类:神经算子方法和类物理信息神经网络(PINN)方法,其中神经算子方法用于求解一类具有相同数学特征的PDE问题,类PINN方法用于求解单一问题.对于神经算子方法,从数据驱动和物理约束两个方面展开介绍,分析研究现状并指出现有方法的不足.对于类PINN方法,首先介绍了基础PINN的3种改进方法 (基于数据优化、基于模型优化和基于领域知识优化),然后详细介绍了基于物理驱动的两类解决方案:基于传统PDE离散方程的智能求解方案和无网格的非离散求解方案.最后总结技术路线,探讨现有研究存在的不足,给出可行的研究方案.最后,简要介绍智能求解程序发展现状,并对未来研究方向给出建议.     

气波增压器研究的回顾与展望

简史气波机械是一种利用气体波(压缩波和膨胀波)的运动来实现不同参数气体之间进行能量交换的动力机械。在这个领域中,除了本文介绍的气波增压器外,还包括有气波冷却器、气波引射器、气波脉冲发动机、脉动燃烧室、压强