脉冲爆震涡轮发动机增推装置性能试验.pdf

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnaulicaSinicaFeb．252016Vol37NO．2522．532ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：∥hkxbbuaa．educnhkxb@buaaedu．cn脉冲爆震涡轮发动机增推装置性能试验邱华*，徐泽阳，郑龙席，段小瑶西北工业大学动力与能源学院，西安710072摘要：以液态汽油为燃料，通过在双管脉冲爆震涡轮发动机(PDTE)原理样机的涡轮出口加装不同喷管和引射器等增推装置，利用试验研究了不同增推装置对自吸气工作模式下(工作频率10～20Hz)发动机工作状态及推进性能的影响。

2、结果表明：虽然加装3种尾喷管之后涡轮转速、压气机增压比及压气机流量都有不同程度的下降，但发动机都获得了不同程度的推力增益；相比于工作频率20Hz时无喷管发动机推力114．95N，发动机加装尾喷管后最大推力可达143．3N，实现增推24．7％，最大单位推力为749．87N·s／kg；力Ⅱ装引射器后可以进一步增推，发动机最大推力达到200．67N，实现增推39．8％，同时这种增推效果随着工作频率的升高而逐渐增大。关键词：脉冲爆震涡轮发动机；喷管；引射器；推进性能；自吸气中图分类号：V231．2文献标识码：A文章编号：1000一6893(2016)02一0522—11目前

3、航空宇航推进装置的燃烧方式基本都以缓慢燃烧为主，该类推进装置的技术发展已经相当成熟，发动机推进性能已难有突破。由于爆震燃烧具有传播速度快、自增压及燃烧效率高等特点，为了进一步提高现有航空宇航推进装置的性能，将传统的等压燃烧室替换成爆震燃烧室成为当下较有潜力的可行方案[1。4]。现有的很多脉冲爆震发动机的研究都集中在用爆震波直接产生推力，这与传统发动机利用高温燃气先经涡轮做功再经尾喷管加速排出的方式相比，大部分能量都耗散在环境中，大大降低了发动机的热效率，体现不出脉冲爆震发动机的潜在优势[4]。因此国外学者提出了脉冲爆震涡轮发动机(PulseDetonationTur

4、bineEngine，PDTE)这一新型发动机的概念[5-8]，其主要由脉冲爆震燃烧室(PulseDetona—tionChamber，PDC)、压气机和涡轮等部件组成，既具有爆震燃烧效率高和燃烧自增压等特点，又具备涡轮机械效率高的优势。2002年美国国家航空航天局(NASA)格林研究中心Petters和Felder[9]应用数值推进系统仿真(NPSS)对PDTE的推进性能进行分析表明，相比传统发动机，推力可提高2％，单位燃油消耗率将降低8％～10％，GE(GeneralElectric)全球研究中心G01dmeer等n⋯、美国赖特一帕特森空军基地Andrus和Ki

5、n枣11]、西北工业大学何龙等[12]也对PDTE的推进性能优势进行了理论分析，认为PDTE有望在发动机推重比、单位燃油消耗率及单位推力等性能参数上得到显著提升。目前世界上包括中国在内的许多国家都正在积极开展有关PDTE的理论及试验研究。在试验研究方面，国外开展PDTE研究的机构主要集中在美国、日本等国家，试验系统分为2收稿日期：2015一01—13：退修日期：2015—02—12；录用日期：2015-03．25；网络出版时间：2015．04—2211：28网络出版地址：wwwcnkinet／kcms／detail／11．1929V．201504221128．002

6、hlmI基金项目：国家自然科学基金(50906072，51306154)；中央高校基本科研业务费专项资金(3102014JcY01003)；陕西省自然科学基础研究计划(2015JM5221)*通讯作者．Tel．：029—88492414E-mail：qiuhua@nwpueducn引用播武：邱华．徐泽阳．郑龙席，等．脉冲爆震涡轮发动机增推装i性能试验!J]。航空学报．2016．37(2)：522．532。Q

7、UH．xUZY．ZHENGLx．etaI．Testsolpu

8、sedetonatlonturbineengjneDe哟rmanceW

9、ththrustaugme

10、ntatlondevicesLJI．ActaAeronaulIcaetAS”。nautlcas{nlca．2016．37(2)：522—532邱华，等：脉冲爆震涡轮发动机增推装置性能试验类：①多管爆震室与单级轴流涡轮组合试验器，如GE全球研究中心[1争141的8管PDC和辛辛那提大学[15]的6管PDC与单级涡轮匹配试验器；②单管爆震室与涡轮增压器组合试验系统，如美国赖特一帕特森空军基地[163和日本筑波大学[17]通过试验主要研究爆震波与涡轮的相互作用、爆震燃烧产物驱动涡轮的输出功及效率等，更进一步的是基于涡轮输出功评定整个系统的循环效率，如日本Maeda等[