脉冲爆震发动机DDT控制研究

论文摘要

脉冲爆震发动机是利用脉冲爆震波产生的周期性冲量的非定常推进系统。其利用脉冲爆震波产生的高温、高压燃气作为推动力，具有循环热效率高、比冲高、适用范围广、结构简单、可维护性好、成本低等优点。随着高超声速飞行器的发展，脉冲爆震发动机渐已成为许多国家竞相发展的热点。针对脉冲爆震发动机的特点，本文首先进行了脉冲爆震发动机的技术分类，研究了其与超燃冲压发动机的特点对比，分析了脉冲爆震发动机的工作原理。然后，结合爆震波的物理结构，重点研究了脉冲爆震发动机的爆燃向爆震转换过程。分析了DDT过程的三类模型，包括Humphery循环假设、C-J理论和ZND模型。在此基础上，分析了典型因素对DDT过程的影响，并将可以将缩短DDT过程方法归纳为物理方法和化学方法两大类。最后，介绍了本文研究所进行的DDT控制试验。该试验目的是检测提高初始管压对PDE工作过程产生的影响。测量参数有点火时间、DDT距离、DDT时间和Chapman-Jouguet （C-J）速度。本实验对三种燃料，即航空汽油，乙烯和氢气等与空气的混合物在不同初始压力和当量比下进行了测量。试验结果表明：提高初始管压可以有效减小PDE工作过程的DDT时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景、目的和意义
• 1.2 脉冲爆震发动机的国内外现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 脉冲爆震发动机的研究进展和关键技术
• 1.3.1 爆震现象的研究方法与技术
• 1.3.2 结构优化设计研究
• 1.3.3 关键过程控制研究
• 1.3.4 脉冲爆震发动机应用方式研究
• 1.4 脉冲爆震发动机 DDT 过程研究进展
• 1.4.1 DDT 过程的物理机制
• 1.4.2 DDT 的控制方式研究
• 1.5 本文的研究工作
• 1.5.1 脉冲爆震发动机特点及原理分析
• 1.5.2 脉冲发动机的 DDT 过程分析
• 1.5.3 DDT 过程的影响因素与控制方法
• 1.5.4 DDT 控制试验
• 第2章 脉冲爆震发动机特点及原理分析
• 2.1 脉冲爆震发动机技术分类
• 2.2 脉冲爆震发动机和超燃冲压发动机特点对比
• 2.2.1 冲压发动机和超燃冲压发动机
• 2.2.2 脉冲喷气发动机和脉冲爆震发动机
• 2.2.3 超燃发动机和脉冲爆震发动机的对比
• 2.3 脉冲爆震发动机的工作原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 脉冲爆震发动机的 DDT 过程分析
• 3.1 DDT 过程的描述与特点
• 3.1.1 爆燃和爆震的特点对比
• 3.1.2 DDT 过程的定义和阶段划分
• 3.2 爆震波的结构
• 3.3 DDT 过程的物理模型
• 3.3.1 爆震过程的 Humphery 循环假设
• 3.3.2 爆震过程的 C-J 理论
• 3.3.3 爆震过程的 ZND 模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 DDT 过程的影响因素与控制方法
• 4.1 DDT 过程的影响因素
• 4.1.1 DDT 过程涉及的火焰加速机理
• 4.1.2 两相爆震 DDT 过程方程
• 4.2 影响 DDT 过程的物理因素
• 4.2.1 Shchelkin 螺旋方法
• 4.2.2 提高初始压力或温度方法
• 4.2.3 点火位置方法
• 4.3 影响 DDT 过程的化学因素
• 4.3.1 当量比对 DDT 的影响
• 4.3.2 稀释剂浓度对 DDT 的影响
• 4.3.3 燃料种类对 DDT 的影响
• 4.3.4 化学控制方法
• 4.4 本章小结
• 第5章 DDT 控制试验
• 5.1 试验介绍
• 5.1.1 试验装置
• 5.1.2 测量参数
• 5.1.3 测量方法
• 5.2 试验数据
• 5.2.1 误差分析
• 5.2.2 CHEMKIN 分析
• 5.3 试验结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢