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脉冲爆轰发动机作为一种新概念热力推进装置,以其优越的热力性能、简单的系统结构和低廉的制造成本在未来飞行器的推进系统应用方面有着诱人的应用前景。通过开展理论分析、实验研究和数值模拟,本文主要研究了脉冲爆轰发动机中爆轰的快速形成,射流点火对爆轰形成的作用,脉冲爆轰推进系统工作循环中进气—点火—爆轰—排气过程的规律及影响发动机性能的主要因素。根据研究进展,设计并装配了一台使用液体燃料的脉冲爆轰发动机模型试验装置,并在此装置上成功的实现了连续的脉冲爆轰循环,探讨了设计脉冲爆轰发动机装置所需要的一些关键技术。
本文主要研究成果如下:⑴理论上提出了脉冲爆轰发动机的热循环效率、推力性能和循环频率的方法,应用这些方法分析了影响发动机性能的主要因素。⑵借鉴汽油机中速度型雾化喷油系统的概念,利用孔板和螺旋射流冲击技术成功地设计了实用有效的燃料与氧化剂强化混合装置,产生了混合效果良好的液体燃料与氧化剂的混合物;⑶应用数值模拟方法探讨了脉冲爆轰发动机射流起爆过程的基本机理,并与实验相结合,实现了在一定混合比和初始压力下的液体燃料可燃混合气体的快速起爆;⑷在射流起爆和发动机热力循环理论分析的基础上,设计并装配了一台使用液体燃料的脉冲爆轰发动机模型和试验装置,经调试成功地实现了连续的脉冲爆轰循环,运行频率达到20Hz;⑸在现有脉冲爆轰发动机模型的基础上,对增压式脉冲爆轰发动机进行了探索,初步的实验结果表明:增加反向进气装置可以提高爆轰管内可燃气体的初始压力,进而提高脉冲爆轰发动机的性能。