脉冲爆轰发动机结构设计及原理验证

论文摘要

本文首先分析总结了脉冲爆轰发动机(PDE)的研究现状，阐述了国内外在爆轰起爆、液体燃料发动机试验及数值模拟方面的进展，指出了发展实用型脉冲爆轰发动机仍需解决的问题。然后对脉冲爆轰发动机的热循环过程及波的作用过程进行了分析，总结推导了PDE冲量、推力的计算公式，并利用STANJAN程序计算了不同燃料的爆轰特性，接着对PDE工作频率与爆轰管特征参数之间的制约关系进行了分析，并绘制了推力为1000N的脉冲爆轰发动机三维设计曲面。在此基础上，作者提出了在三维设计软件SolidWorks下设计脉冲爆轰发动机结构的新思路。而后，结合自下而上和自顶向下的设计方法完成了脉冲爆轰发动机零部件的设计，利用有限元插件COSMOSWorks对旋转阀、爆轰管进行了静力学分析，保证了其使用的安全性，通过虚拟装配检查了零部件设计中的错误并进行了修改。经过反复的装配试验，消除了零件之间的干涉，确立了零部件的装配序列和装配路径，接着又使用仿真插件COSMOSMotion对装配后的PDE模型机进行了运动学仿真，仿真试验的结果表明设计的模型机完全实现了预定的功能。最后，作者在自行组建的热射流起爆实验装置上对本文提出的利用燃烧产物起爆燃料／氧化剂的方案进行了验证，结果表明方案是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文主要工作介绍
• 1.4 本文的创新点
• 2 脉冲爆轰发动机工作原理与循环分析
• 2.1 爆轰理论基础
• 2.2 脉冲爆轰发动机基本结构与工作原理
• 2.3 脉冲爆轰发动机热循环分析
• 2.4 脉冲爆轰发动机中波的作用过程分析
• 2.5 小结
• 3 脉冲爆轰发动机结构设计基本理论
• 3.1 总体性能参数的确定
• 3.2 结构参数的确定
• 3.3 结构参数与性能参数的关系
• 3.4 小结
• 4 多循环脉冲爆轰发动机的设计
• 4.1 概述
• 4.1.1 三维设计及其意义
• 4.1.2 脉冲爆轰发动机结构设计思路
• 4.1.3 结构优化方法
• 4.2 轴承系统
• 4.3 环形阀、燃烧室
• 4.4 旋转阀
• 4.5 爆轰室
• 4.6 轴
• 4.7 小结
• 5 脉冲爆轰发动机虚拟装配与运动仿真
• 5.1 虚拟装配技术及其实现的功能
• 5.2 模型机的虚拟装配
• 5.3 模型机装配序列与路径规划
• 5.4 脉冲爆轰发动机模型机运动学仿真
• 5.5 模型机二维工程图纸的产生
• 5.5.1 GB图纸模板的建立
• 5.5.2 材料明细表
• 5.6 小结
• 6 起爆方案的实验验证
• 6.1 引言
• 6.2 实验装置
• 6.3 测试系统
• 6.4 实验内容及步骤
• 6.5 结果与分析
• 6.6 小结
• 7 结论与展望
• 致谢
• 参考文献