脉冲爆震发动机（基于爆震燃烧的新概念发动机）

脉冲爆震发动机（基于爆震燃烧的新概念发动机）

脉冲爆震发动机 （基于爆震燃烧的新概念发动机） 次浏览 | 2022.08.28 12:29:42 更新 来源 ：互联网 精选百科 本文由作者推荐 脉冲爆震发动机基于爆震燃烧的新概念发动机

脉冲爆震发动机 (Puld Detonation Engine)是一种利用脉冲式爆震波（由激波后面紧跟一道燃烧波组成）产生的高温高压燃气来获得推力的新概念动力装置。爆震燃烧产生的爆震波使可爆燃料的压力、温度迅速升高（压力可高达100个大气压，温度可达2000℃）。

因此，爆震燃烧的发动机可以不用传统的压气机和涡轮部件就达到对气体进行压缩的目的，使结构大大简化，成本大大降低。此外，由于爆震波的传播速度极快，达到每秒几千米，因此，整个燃烧过程接近定容燃烧，由于定容燃烧的热循环效率大大高于定压燃烧（普通的发动机都是定压燃烧），达到49%（定压燃烧效率为27%），因此，采用爆震燃烧的推进系统可大大改善性能。当爆震频率很高时（达到80~100Hz），就可以产生连续的推力。

中文名

脉冲爆震发动机

外文名

Pul Detonation Engine

优点

性能优越尺寸小结构简单

原理

基于爆震燃烧的新概念发动机

用途

PDE的用途很多，它可作为导弹、靶机、诱饵机、无人驾驶飞机、无人战斗机的动力，也可用于桨尖喷气旋翼机，将来还可能用于军民用飞机甚至太空飞行器推进，作为登月飞行器、星际旅游飞行器或入轨飞行器的动力，将给空间运输带来一次革命。预计，PDE将首先用于下一代超音速巡航导弹上。

目前，人们对PDE的研究主要有两条途径：一是吸气式脉冲爆震发动机--即以空气为氧化剂的PDE，二是脉冲爆震火箭发动机--以氧气为氧化剂的PDE。二者的主要区别是吸气式PDE从空气中获得氧化剂，而PDRE自带氧化剂，它们的基本工作原理是相同的。这里主要介绍国外吸气式PDE的发展。

PDE主要由进气道、爆震室、尾喷管、爆震激发器、燃料供给和喷射系统及控制系统组成。

PDE的基本工作步骤包括四个步：第一步，把爆震燃烧室充满可爆混合物，第二步，在燃烧室的开口或闭口端激发爆震波；第三步，将爆震波在燃烧室内传播，并在开口端排出；第四步，把燃烧产物通过一个清空过程从燃烧室中排出。

技术难点

尽管PDE的概念在实验室已得到了验证，但还有以下技术问题需要解决：

（1）爆震的起爆、控制和保持

快速并可靠地起爆是使PDE获得实用的最重要问题之一，因为高的工作频率和反复的点火次数是PDE正常工作的基本要求。利用爆燃向爆震转变（DDT）过程是近期PDE研究的最佳方案。过去人们对起爆和爆燃向爆震转变的研究多是在静止气体中进行的，并且大部分研究采用很长的激波管，与实际PDE长度不超过2米的条件不符。

由于这些数据是在浓度均匀、无温度梯度的混合物中单次爆震的结果，与多次爆震的情况几乎完全不同。另外，实际PDE的工作频率很高，混气流速很快，低频下的结果很难作为高频下的设计依据。因此，要发展PDE，还必须进行大量试验，解决起爆难题。包括起爆能量、DDT方法、DDT的强化、爆震从受限环境向非受限环境的过渡等。

（2）液体燃料与氧化剂的雾化、喷射、掺混

对于燃用液体燃料的PDE来说，燃料的喷射、掺混和点火相当困难。具有快速反应、高质量流率和有高度可控性的喷射系统对满足PDE的高频运行十分重要。喷射系统必须满足成本、重量、体积和功率等方面的要求。因此，应研究与气体和液体燃料喷射、掺混有关的物理、化学和热力特性。

（3）PDE辅助系统的设计

实际应用的PDE应包括几个爆震室，它们与共同的进气道和喷管相连，而且实际应用PDE系统还包括增压燃油储存和供应系统、燃油/空气喷射系统和起爆系统以及推进剂喷射系统。

作用于PDE爆震室末端的封闭壁（推力壁）上的爆震压力使化学能转化为动能。PDE需要起爆和流动控制的辅助动力系统，并且还可能包括用于特殊用途的动力提取系统。此外，PDE还需要设计快速动作、具有飞行重量的推进阀与燃料阀和控制系统部件，以及先进的燃烧控制系统、有效的进口与喷管、考虑系统特殊零件综合设计方案。

（4）进口/爆震室接口的设计

由于爆震过程对化学计量、粒子液滴尺寸、当地混合度等非常敏感，因此最佳的进口/爆震室接口设计存在巨大的困难，因此需要研究PDE与混合压缩超音速进气口间高效一体化的方法。

（5）高性能喷管的设计

（6）多个爆震管的动力耦合

由于推力不稳定，实际应用的PDE需要采用高频（大于80赫兹）的多管结构，而多管爆震燃烧室间存在动力耦合的问题。

（7）冷却问题

爆震波后热燃气的速度极高，引起管壁热量的增加，因此必须采取高效的冷却措施。

（8）爆震现象的精确理论分析

用真实化学模型和分子混合模型进行先进的数值模拟和多部件的爆震模拟，对深入了解爆震燃烧的机理非常重要。PDE的试验技术与传统发动机的不同，如需要采用激光测速技术对气流进行测量等。

（9）混合PDE的设计

可利用涵道空气、涡轮机械，可能需要主动噪声抑制。

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脉冲爆震发动机的基础性研究取得显着进展

西北工业大学严传俊教授主持的国家自然科学基金项目“一种新概念爆震燃烧室的应用基础研究”和“新型脉冲爆震发动机探索性研究”于2001年12月通过了成果鉴定,并于2002年12月荣获部级科学技术奖二等奖。

脉冲爆震燃烧是一种新型燃烧方式，涉及燃烧学、工程热力学、热流体力学、传热传质学、爆炸力学等诸多领域，是工程热物理学科领域一个重要研究课题。该项研究技术含量高，难度很大。脉冲爆震发动机是一种新概念发动机，工作原理、关键技术与传统的涡轮喷气发动机迥然不同；工作过程具有非稳态性质，不能采用常规分析方法，也不能采用涡喷发动机结构形式。由于其潜在的军事应用背景，国外对其关键技术严格保密，可借鉴的资料很少。

严传俊教授及其研究小组从1993年获得国家自然科学基金资助开始，在以下几个方面开展了近10年的基础性研究和探索：阐明了脉冲爆震发动机工作原理，建立了脉冲爆震发动机工作循环及性能分析方法，发展了脉冲爆震发动机在各种工况下的性能分析软件包；对脉冲爆震发动机工作过程进行了数值模拟，揭示了脉冲爆震发动机中由爆燃向爆震的转变过程。

计算结果与试验结果相比，较为符合，为脉冲爆震发动机的设计与试验研究提供了有力工具；在更接近实际脉冲爆震发动机工作条件下进行了单次爆震波试验，研究了单次爆震的点火、起爆、爆震波的传播等问题，为脉冲爆震试验奠定了基础；建立了脉冲爆震发动机动态过程的测控和数据采集及处理系统。成功地实现了脉冲爆震压力、脉冲爆震速度、脉冲爆震推力的测量。

迄今为止，该研究已发表国内外期刊学术论文30余篇，特别是在权威的国际燃烧杂志《CombustionandFlame》上发表了论文；已培养博士4人，硕士6人。

现场进行的试验和测试表明：以汽油为燃料，以空气为氧化剂的新型两相脉冲爆震发动机原理机，产生了充分发展的脉冲爆震波和推力。工作过程平稳可靠，频率可调，在国际上首次实现了无进气阀的脉冲爆震发动机原理性试验。

创造性研究成果集中体现在：发展了一种新型的脉冲爆震发动机原理样机。与国外同类技术相比，其先进性主要有：以可爆性较差的汽油/空气为反应物、单级起爆、起爆能量小（50mJ）、由爆燃向爆震的转变距离短、油气供给系统为新颖的无阀结构。在脉冲供油、供气、点火、单级起爆、缩短爆燃向爆震转变距离、充填度等关键技术研究方面有重大突破。

本研究成果为火箭式或吸气式脉冲爆震发动机的研制提供了技术基础。由于本项目取得重要进展，已引起国际同行的广泛关注。先后与美国Princeton大学、Stanford大学、Florida大学建立了合作与交流的关系。

参考资料