２００８年９月’机械科学与技术Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２００８第２７卷第９期ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶ０１．２７Ｎｏ．９
蒋联友脉冲爆震与涡轮混合式发动机设计与性能计算蒋联友，严传俊，邓君香，郑龙席
（西北工业大学动力与能源学睡，西安７１００７２）
摘要：初步设计了满足爆震室进口流量、压力要求的离心式压气机和向心涡轮，并对整个脉冲爆震涡轮喷气发动机性能做出估计。算例结果显示，以航空煤油为燃料、空气为氧化剂，压气机设计出口流量为２．４ｋｓ／ｓ，转速为２４２７０．５－ｒ／ｍｌｎ，在总当量比为Ｏ．２５下，该发动机的单位推力约为８５３Ｎ／ｋｇ／ｓ，单位燃油消耗率为０．０７６ｋｇ／（Ｎ?ｈ）。本文还对带涡轮增压器的脉冲爆震发动机进行了初步原理性试验。试验表明：压气机产生的空气量可满足爆震室的需要，涡轮在经历上千次爆震后仍然完好。
关键词：混合式脉冲爆震发动机；涡轮增压器；性能分析；设计方法
中图分类号：Ｖ２３１文献标识码：Ａ文章编号：１００３－８７２８（２００８）０９—１１５１－０４
ＤｅｓｉｇｎａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａＨｙｂｒｉｄＰｕｌｓｅＤｅｔｏｎａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅＪｉａｎｇＬｉａｎｙｏｕ，ＹａｎＣｈｕａｎｊｕｎ，ＤｅｎｇＪｕｎｘｉａｎｇ，ＺｈｅｎｇＬｏｎｇｘｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ０ｆＰｏｗｅｒａｎｄＥｎｅｒｇｙ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’８１１７１００７２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒａｎｄｒａｄｉａｌｔｕｒｂｉｎｅｆｏｒｔｈｅｈｙｂｒｉｄｐｕｌｓｅｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅ（ＰＤＥ）ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｉｓｅｎｇｉｎｅｉｓｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｕｓｉｎｇｋｅｒｏｓｅｎｅａｓｆｕｅｌａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄａｉｒａ８ｏｘｉｄｉｚｅｒ，ｗｈｅｎａｉｒｆｌｏｗｒａｔｅｉｓ２．４ｋｓ／ｓａｎｄｔｈｅｔｏｔａｌｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｒａｔｉｏｉｓ０．２５，ｔｈｉｓｅｎｇｉｎｅ啪ｐｒｏｄｕｃｅ８５３Ｎ／ｋｇ／ｓｓｐｅｃｉｆｉｃｔｈｒｕｓｔｗｉｔｈ０．０７６ｌ∥（Ｎ．ｈ）ｓｐｅｃｉｆｉｃｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ（ＳＦＣ）．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｕｌｓｅｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｗｉｔｈａｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒｉｓａｌｓｏｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＰＤＥｃａｎｒｕｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙａｎｄｓｔａｂｌｙ．Ａｆｔｅｒｍｏｒｅｔｈａｎｏｎｅｔｈｏｕｓａｎｄｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｒｅｉｓｎｏｖｉｓｉｂｌｅｐｉｔｏｎｓｏｒｄｉｓｃｏｌｏｒａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｂｒｉｄｐｕｌｓｅｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅ（ＰＤＥ）；ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ
脉冲爆震发动机（ｐｕｌｓｅｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅ，ＰＤＥ）是一种利用脉冲式爆震波产生推力的一种新概念发动机ｕＪ。由于这种发动机具有自增压能力、热循环效率高、结构简单、重量轻等优点，是世界各国发动机研究热点之一。脉冲爆震发动机有各种形式，之前人们主要对纯ＰＤＥ进行了许多研究雎】。近年来，人们对基于爆震燃烧燃气涡轮发动机（ｐｕｌｓｅｄｅｔｏｎａ－ｔｉｏｎ－ｂａｓｅｄｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｅｎｇｉｎｅ，ＰＤＧＴＥ）的研究越来越感兴趣口＾】，它是用脉冲爆震燃烧室代替传统燃气涡轮发动机主燃烧室，实现发动机从等压循环向爆震循环方式的转变，进一步提高发动机的推力，降低单位燃油消耗率，减少压气机和涡轮的级数，大大减
收稿日期：２００７—０７一１３
基金项目：国家自然科学基金项目（５０３ｍｓ０３０）资助
作者简介：蒋联友（１９８２一），硬士研究生．研究方向为航空发动机的燃烧与流动。ｊｌｙ７６１１＠１６３．嗍；严传俊（联系人）。教授。
博士生导师，ｙｑ＠ｎｗｐａ．ｅｄａ．∞轻发动机的重量，降低成本，提高发动机的推重比，形成新一代ＰＤＥ发动机。文献［３］中采用ＮＰＳＳ程序分析了在高度为３５０００英尺、巡航马赫数为０．８５、相同的进口空气流量下，混合脉冲爆震发动机产生的推力要比涡扇发动机高２％，燃油消耗率低８％一１０％。
国内外公开发表的文献中，仅对脉冲爆震发动机同涡轮相结合的方案进行了实验研究口】，并未对适用于ＰＤＥ的涡轮和压气机进行设计。本文将对采用离心式压气机、向心式涡轮的ＰＤＧＴＥ建立初步设计方法，并对整个发动机性能做出估计。
ＩＰＤＧＴＥ结构方案
ＰＤＧＴＥ主要有３种方案结构形式。
第１种方案结构形式如图ｌ中所示。脉冲爆震管同离心压气机、径流涡轮相结合。这种形式适合
小流量，结构紧凑，易微型化，可用于发电机中。 万方数据