吸气式脉冲爆轰发动机(Pulse Detonation Engine,简称PDE)是一种利用脉冲式爆轰波产生推力的新概念发动机,具有广阔的应用前景,但要发挥其潜在的优势,还面临诸多的技术挑战,主要包括间歇式阀门进气系统、可爆混气的快速形成以及快速低阻触发爆轰波等。本文对两相吸气式PDE的进气阀与混合室,以及如何快速低阻地实现其燃烧转爆轰过程(Deflagration to Detonation Transition,简称DDT)开展了系列实验与数值研究,研究工作主要如下:(1)设计了内径为80mm的吸气式PDE,包括进气道的设计、中心锥鳞片阀的初步设计与改进设计、中心锥钝体阀的设计、喷射雾化装置的设计、混合室的设计、点火室的设计以及强化燃烧装置的设计。(2)搭建了吸气式PDE的实验平台,分析了多循环吸气式PDE工作过程中的受力状况,理论上证明了采用压电式力传感器的直接测量法能够准确测得吸气式PDE的平均推力,开展了中心锥鳞片阀吸气式PDE喷射雾化装置以及中心锥鳞片阀与中心锥钝体阀吸气式PDE对比的实验研究。研究结果表明:微细雾化喷嘴依靠其独特的内部涡流叶片结构,在液体压力下就可以实现良好的雾化效果,满足了吸气式PDE对喷射雾化装置的要求。中心锥鳞片阀吸气式PDE在工作过程中形成了全封闭的推力壁,一方面起到了良好的防倒流效果,阻止了燃烧产物从进气阀逆向流出,减少了推力损失;另一方面使DDT过程中的压缩波得到了完全地反射,增加了推力壁压力的峰值,并使得推力壁压力曲线具有更宽的时域波形,提高了吸气式PDE的理论推力。在两方面原因的共同作用下,中心锥鳞片阀显著地提高了吸气式PDE的有效推力。10Hz工况下,中心锥鳞片阀吸气式PDE的有效推力是中心锥钝体阀吸气式PDE有效推力的2.05倍。(3)构建了中心锥鳞片阀吸气式PDE内流场的计算模型,推导了带源项非结构三角形网格的守恒元与求解元方法(Conservation Element and Solution Element Method,简称CE/SE方法),编写程序对中心锥鳞片阀吸气式PDE的内流场进行了数值研究,分析了管内压力流场的变化规律,研究了液滴半径与氧气质量分数对中心锥鳞片阀吸气式PDE爆轰特性的影响。研究结果表明:计算得到的中心锥鳞片阀吸气式PDE的爆轰波上升沿陡峭,其峰值压力以及压力曲线的变化规律与实验结果基本吻合,证明了将该带源项的非结构三角形网格CE/SE方法应用到中心锥鳞片阀吸气式PDE内流场的计算中是成功的。中心锥鳞片阀吸气式PDE初始两相混合工质被点燃,产生向上、下游两个方向传播的压缩波,增大了推力壁附近的压力,导致中心锥鳞片阀关闭,形成全封闭的推力壁;当爆轰波传出爆轰管后,系列膨胀波进入爆轰管内,并逐渐降低爆轰管内的压力,当管内压力低于来流总压时,中心锥鳞片阀开启,来流进入吸气式PDE,开始下一循环,这与中心锥鳞片阀吸气式PDE实验过程是一致的。当液滴半径为50～100μm时,随液滴半径的增大,中心锥鳞片阀吸气式PDE的爆轰波峰值压力与传播速度随之减小,点火起爆时间与点火起爆距离则随之增大。当氧气质量分数为30%～40%时,随氧气质量分数的增加,中心锥鳞片阀吸气式PDE的爆轰波峰值压力与传播速度随之增大,点火起爆时间与点火起爆距离则随之减小。(4)设计了适用于吸气式PDE的不同混合室结构,开展了混合室长径比及其内部元件对中心锥鳞片阀吸气式PDE爆轰特性影响的实验研究。研究结果表明:中心锥鳞片阀吸气式PDE爆轰波的峰值压力与传播速度随着混合室长径比的增加先增大后减小,长径比为2.5时,爆轰效果最佳;点火起爆时间随混合室长径比的增加而减少。长径比为1.25的混合室引入内部元件细管蒸发器或掺混器后,由于其内部元件与微细雾化喷嘴出口的距离过短,弱化了微细雾化喷嘴本身的雾化效果,不利于DDT过程的实现;长径比为2.5的混合室引入内部元件细管蒸发器或掺混器后,虽然能获得成功起爆,但细管蒸发器和掺混器的热损失作用大于其对燃油蒸发、掺混的改善作用,反而弱化了中心锥鳞片阀吸气式PDE的爆轰效果。混合室长径比的增加提高了中心锥鳞片阀吸气式PDE的理论推力,但也会造成内流作用在混合室内壁上的摩擦力以及来流阻力的增加,长径比为2.5的混合室能获得最大的有效推力。(5)开展了点火室凹槽内引入少量氧气以及当量比与工作频率对中心锥鳞片阀吸气式PDE爆轰特性影响的实验研究。研究结果表明:在点火室凹槽内引入少量氧气后,显著改善了中心锥鳞片阀吸气式PDE的爆轰效果,当增氧含量系数β为7%时,爆轰波峰值压力可达纯空气(β=0)状况下的2.41倍,爆轰波传播速度也提高了35.52%。随着增氧含量系数的增大,中心锥鳞片阀吸气式PDE的推力壁峰值压力、爆轰波峰值压力与传播速度、理论推力以及有效推力均随之增加,点火起爆时间则随之减小。增氧含量系数存在临界值,当β大于临界值时,会造成中心锥鳞片阀吸气式PDE的连续燃烧,无法形成爆轰。在点火室凹槽内引入少量氧气后会在点火头附近形成一个氧含量相对较高的区域,降低了燃油混气的燃点温度,使得混气更早地被点燃,与此同时,混气中氧含量的增加提高了混气燃烧的速度、强度以及传热效率,缩短了 DDT的时间与距离,从而为简化吸气式PDE内强化燃烧装置的使用提供了可能。当增氧含量系数β为7%时,中心锥鳞片阀吸气式PDE在仅有七片扰流片的状况下获得了成功起爆,爆轰波峰值压力与传播速度分别为1.885MPa和1366.8m·s-1。当量比α为0.97～1.26时,随着当量比的增大,中心锥鳞片阀吸气式PDE的爆轰波峰值压力与传播速度以及点火起爆时间会随之增加,有效推力先增大后减少。工作频率f为8～18Hz时,随着工作频率的增加,中心锥鳞片阀吸气式PDE的点火起爆时间随之减少,有效推力接近线性增加,且单个波形的平均推力相当,为5.2～5.5N。本文设计了适用于吸气式PDE的中心锥鳞片阀,实验验证了其具有良好的单向阀性能与防倒流效果,通过实验手段获得了最佳的混合室结构,并采用点火室凹槽内引入少量氧气的方法实现了吸气式PDE的快速低阻起爆。本文研究结果对提高吸气式PDE的性能以及实现其工程化应用具有重要意义。