脉冲爆震发动机综述

脉冲爆震发动机综述

引言

脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine简称PDE)是利用脉冲爆震波产生的高温高压燃气来产生推力的一种新概念发动机，是一种非定常推进系统。它具有结构简单，热效率高等诸多优点。燃料以剧烈的爆震方式燃烧，爆震波以超音速传播，可以产生极高的温度和压力。必须指出：PDE的概念与众所周知的脉动发动机，如二战时使用的德国V-1“嗡嗡炸弹”不同，脉动发动机是非定常发动机，但它使用了缓燃模式。脉冲爆震发动机有着广泛的应用前景，在航空方面，其高比冲的特点可以用于载人飞机的动力装置，实现高速洲际航行。在航天方面，其高比冲和体积小的特点可以用于单级入轨航天飞机的初始段推进装置。其低成本的特点可以用于军事上的靶机、引诱飞机、假目标和靶弹的动力装置以及高速导弹突防辅助动力。近年来也有人研究其在民用领域的应用，如用来发电等，一旦技术成熟，必将对航空航天产生革命性的影响。在最近的十年内，脉冲爆震发动机日益得到各国的广泛关注，国内最早开始此方面研究的是西北工业大学。尽管脉冲爆震发动机具有诸多优点和很大的发展潜力，也进行了不少研究，然而由于诸多技术难题，尚未得到正式生产。

1 工作循环过程及潜在优点

1．1工作循环过程

脉冲爆震发动机的循环过程可以分为以下几个阶段：

①燃料\氧化剂填充爆震室。

②点火起爆。

③爆震波向敞口端传播。

④爆震波到达出口，膨胀波反射进来，爆震产物从爆震室排出。

⑤恢复初始状态。

以上几个过程循环进行，当爆震达到一定频率后就可以为飞行器提供近似连续的推进动力。

具体过程解释如下：循环从填充压力P1的反应物开始，然后关闭阀门，用位于封闭端附近的点火源直接起爆或通过缓燃向爆震转变(Deflagration to Detonation Transition，简称DDT)起爆。爆震波以2000m/s左右的爆震波速向开口断传去。在爆震波后是从封闭端发出的Taylor膨胀波扇，以满足封闭端速度为零的条件。Taylor膨胀波波尾以当地声速C3（约1000m/s）向开口端传去。在封闭端与Taylor膨胀波波尾之间是均匀区。Taylor膨胀波将爆震波C-J的压力P2降低到均匀区中相对较低的水平P3。这个压力通常称为平台压力，它仍然比环境压力P0大得多，因此在封闭端产生推力。

当爆震波传出爆震室出口时，由于该处压力远大于环境压力，因此产生一组膨胀波反向传进爆震室，进一步降低爆震室的压力，使得排气过程得以开始。膨胀波到达封闭端反射为另一组膨胀波向下游开口端传去。非定常排气过程是由在开口端和封闭端交替产生的一系列压缩波和膨胀波组成的。当爆震室的压力降低到环境压力水平时，排气过程结束。当排气过程结束时，阀门打开，让新鲜反应物填充如爆震室。阀门打开时应控制新的反应物不排出爆震室，避免浪费。这就要求下一个循环的爆震波在爆震室的某个地方，通常在出口能赶上反应物。再填充过程完成后，阀门关闭，开始下一个循环。

在更实际的循环中，是封闭端的压力减低到某一水平，而不是环境压力，填充过程开始，从而避免排气后期在封闭端产生很低的压力，造成负推力。此外，靠近封闭端的燃烧产物温度仍很高，当新鲜反应物与其接触时立即燃烧，也就是过早点火。这种过早点火很可能是发动机停止工作。因此，需要一种隔离过程，即在填充新鲜反应物前，填充少量惰性气体或冷空气以防止过早点火。

图2 多管PDE应用设想

1．2潜在优点

相对于其他推进系统，脉冲爆震发动机的最大优点是结构比较简单，而且可以成比例地放大或缩小。诸多优点中尤为突出的是结构简单和循环热效率高。结构简单，可使发动机尺寸小，重量轻，维护简单；循环热效率高可以在较宽的速度范围内展现出高性能。

1．2．1 结构简单

尽管PDE还存在设计及材料上的难题，但其工作原理决定了其机械结构上的简单性。由于爆震波可以显著提高爆震室内混气的压力和温度，因此填充过程就不需要有很高的压力，也就省去了传统发动机用来增压的部件(如压气机)。在起飞时也不需要助推器。几乎全部的过程都融合在爆震室内进行，使得其结构上的简化极为显著，零部件数量也大大减少。这对于提高发动机的推重比，提高可靠性，减少维护工作量都大有裨益。典型的脉冲爆震发动机示意图如图3所示：

图3 典型PDE结构示意图

1．2．2 热效率高

脉冲爆震发动机的燃烧过程近似为等容燃烧过程，比传统发动机的Brayton循环有更高的热效率，因此在理想状态下，在马赫数0～5范围内具有高比冲，低燃油消耗率的优点。根据Mawid M A的研究，脉冲爆震发动机与涡扇发动机组合后的性能远远优于加力涡扇发动机。

除了高推力性能外，脉冲爆震发动机还显示出很好的经济性，爆震燃烧的快速反应方式，使得整个燃烧过程近似等容燃烧，燃料效率得到提高，爆震的高温也使得未完全燃烧的燃料大大减少，这些因素都有利于提高经济性。

此外，脉冲爆震发动机的工作范围宽，可在M数0～10，飞行高度0km～50km飞行，推力可调范围大致为5～500000N；适用范围广，可以按自吸气的方式或携带氧化剂的火箭发动机方式工作，也可以与冲压发动机或涡扇发动机结合组成组合循环发动机或混合发动机。由于采用间歇式循环，壁温不高，发动机热防护相对降低。由于无高速旋转部件，加工相对简单，投资不大，相对容易实现。

2 脉冲爆震发动机的主要形式

根据侧重点不同，脉冲爆震发动机有不同的分类方式。例如按照爆震管的数目可分为单管\多管脉冲爆震发动机，按照燃料形式可分为气相\液相燃料爆震发动机，按照氧化剂的来源可分为自吸气式\火箭式脉冲爆震发动机。当前通常将其分为纯PDE(pure PDE)、组合循环PDE(combined PDE)，混合PDE(hybrid PDE)三大类。纯PDE主要由爆震管、进气道、尾喷管组成；组合循环PDE是由PDE与冲压发动机、超燃冲压发动机、火箭发动机等动力装置组合而成，在不同的速度范围内，运行不同的工作循环；混合PDE是由PDE与涡喷或涡扇发动机相结合，如在外涵道或加力段使用PDE。

2．1纯脉冲爆震发动机

脉冲爆震发动机(pure PDE)，由于其重量轻，容易制造，成本低以及在马赫数M=1左右的高性能特点，主要应用于军事领域。将成为导弹、无人机及其他小型动力的理想选择。在高马赫数阶段性能会有所下降，加之其噪音等方面的缺点，因而不被大尺寸动力看好。美国普·惠公司研制的一种纯脉冲爆震发动机已接近实用性验证阶段，其目标是针对未来超声速导弹发动机的PDE研究。该PDE由五个爆震管组成，目前正在美国海军航空武器中心进行最后阶段的试验。试验中，该PDE与一个增压空气供给系统相连，该系统模拟了M=2.5的进口压力和温度状态。目前试验的目的是初步运行PDE并验证其性能，

2．2混合式脉冲爆震发动机

将脉冲爆震发动机与涡扇发动机相结合组成混合式脉冲爆震发动机(hybrid PDE)，不但可以增大推力从而提高马赫数，而且可以有效地降低耗油率。在传统的涡扇发动机外涵道加装爆震发动机，每个爆震管依次循环进气、进油进行爆震产生推力。这种组合方式可以产生更高的推力，并降低耗油率。目前军用发动机普遍采用加力燃烧室来增大推力，这是以牺牲经济性为代价的，采用混合式脉冲爆震发动机在增加同样推力的情况下却有着更高的经济性。也可将其用于民用发动机，以提高航行速度，降低运营成本，减少尾气中氧化氮含量。NASA计划利用这项技术，在2022年前实现洲际航行的时间大大缩短。

2．3组合循环式脉冲爆震发动机

组合循环式脉冲爆震发动机(combined cycle PDE)应用于航空领域有着更为喜人的前景。将脉冲爆震发动机与冲压发动机(ramjet)、超燃冲压发动机(scramjet)、火箭发动机(rocket)

或其它动力装置相结合，在不同的飞行马赫数采用不同的循环，以优化整个系统的整体性能，可以实现高效率、高速飞行(M>5)。目前超燃冲压发动机尚处于研究阶段，将其与PDE组合尚不是近期目标，尽管其很适合用于高空、高速飞行器。目前提出的一种基于组合循环方案原理如图4所示，有四种工作模式。

图4 组合循环脉冲爆震发动机方案原理示意图

①带扩张隐射器增推的脉冲爆震火箭发动机(Pulse Detonation Rocket，PDR)模式。此模式工作于起飞到跨音速阶段，由PDR喷出的气流增加了爆震管内气流的动量，因此在低速阶段可以比传统的火箭发动机提供更大的推力和比冲。

②脉冲法向爆震波发动机模式。此模式工作于爆震燃烧室内气流马赫数M2

③稳态斜向爆震波发动机模式。此模式工作于爆震燃烧室内气流马赫数舰M2>Mcj阶段。M2=Mcj时，逆流传播的爆震波滞止，转为稳定的爆震波，Mcj后法向爆震波转为斜向爆震波，在合的楔面角度下，滞止并稳定下来。

④脉冲爆震纯火箭发动机模式。此模式工作于高空条件。

通过上面四种模式的组合工作，可使推力平滑过渡，以满足在不同的飞行条件下为飞行器提供足够高的推力需要。

3 主要研究方法

对脉冲爆震发动机的研究方法主要有理论分析法、数值模拟方法和试验方法。各方法都有阶段性的进展。

3．1理论分析

理论分析方法作为一种传统的方法，在脉冲爆震发动机的发展中起着重要的作用。最初人们用Humphrey循环为模型分析脉冲爆震发动机的理想循环。基于Heiser和Pratt等人对PDE的深入研究，现在普遍认为Humphrey循环不是PDE的理想模型，而用冲击波、瑞利流和Chapman—Jouguet边界条件的组合来描述爆震燃烧过程。关于爆震发动机的理想循环仍需进一步提炼优化。对PDE部件的分析主要包括非定常进气、燃料加注和掺混、爆震室强度和可靠性以及尾喷管与爆震室交界面等几方面。对于交界面的初步考虑是保证爆震室出口气流沿喷管壁面流动。

3．2数值模拟

发动机数值模拟的方法可以在试验研究比较困难的领域给出数据，如将进气道、尾喷管与爆震室相结合，考察点火位置对性能的影响等。因此也被广泛应用于PDE研究，但由于爆震的物理过程仍未得到深入细致的认识，数值模拟算法仍需要不断地改进。CFD模拟通常是靠一高温区域(或足够的能量积累)来激发爆震，下游的压力边界条件对模拟有着重要的影响。通过数值模拟发现在开口端点火燃烧效率稍高。喷管对PDE性能改善也有显著作用。随着对PDE循环的深入认识，由对爆震的基本CFD研究向提供更多部件信息，更强调实际应用的PDE模拟的转变是今后脉冲爆震发动机数值模拟的方向。

对PDE的数值模拟包括单脉冲爆震、多脉冲爆震、单管、多管、是否带喷管或引射器等；在空间维数方面，还包括一维、准一维，二维或二维轴对称。

目前大多数一维数值模拟是基于出流固定压力边界条件（Cambier和Adelman，1988年；Sterling等人，1995年）。2002年Ebrahimi等人使用固定压力边界条件和给予二维数值模拟修正的变压力边界条件。他们发现，采用固定压力边界条件时，当爆震波到达出口时，流动堵塞，对于变压力边界条件，在堵塞前有一段亚声速出流时间。1999年Kailasanath等人采用松弛压力边界条件。松弛时间定义为当爆震管出口压力达到环境压力时所需的时间。他们得出结论：在上述一维数值计算中出现比重大小差别可以根据出口边界条件处理方法不同加以解释。

尽管脉冲爆震发动机性能一维数值模拟计算效率很高，但由于出口边界条件难以确定，使它失去吸引力。多维数值模拟的计算域包括能客观描述发动机出口附近流场的爆震管和外区，可以为性能预测提供更准确的结果。

Eidelman等人对采用乙烯和空气混合物的无阀脉冲爆震发动机进行了二维轴对称数值模拟。采用爆震室长度为8cm或16cm，得出如下结论：当其他条件不变时，爆震室的推力与爆震室长度成正比。因为他们仅根据单次循环计算得到推力，结论有一定的局限性。1996年Lynch和Eidelman也进行了PDE二维轴对称数值模拟。他们建议在进气道优化设计时要考虑粘性卷吸效应和进气道附加构型。大多数二维数值模拟是针对在封闭端起爆的单管脉冲爆震发动机。2002年Ebranimi等人进行了氢气－氧气混合物二维数值模拟，以便为一维数值模拟提供边界条件。2001年Li和Kailasanath研究了乙烯－氧气混合物在全填充和部分填充条件下单脉冲流场的演变。大多数二维数值模拟仅限于单脉冲爆震，但是单脉冲爆震与多次脉冲爆震有很大差别，由单脉冲爆震得到的结论不能直接用于多次脉冲爆震。目前有关多次脉冲爆震二维数值模拟还为数不多。2003年Wu等人得到了达到稳定循环的PDE二维数值模拟结果。

（1）喷管的影响。

脉冲爆震发动机喷管设计由于脉冲爆震发动机的非定常性质而复杂化，特别是多次爆震波产生的激波更复杂。目前尚未建立起脉冲爆震发动机喷管设计理论。Cambier和Adelman 在1988年进行的准一维数值模拟中还发现，脉冲爆震发动机的收敛喷管和喉道会引起激波反射。反射的激波会提高头部压力，影响填充过程，减低循环效率。另一方面，扩张喷管会反射膨胀波，并线爆震管反传，影响填充速度。1998年Cambier和Tegner研究了5种不同扩张喷管对基于准一维多循环模拟和二维单脉冲爆震数值模拟性能的影响。所用爆震管和喷管长度分别为10cm和5cm，采用氢氧混合物。单脉冲爆震计算结果表明，扩张喷管可以增加冲量，钟形喷管能产生更高的冲量。此外，单脉冲爆震和多次脉冲爆震，准一维和二维，它们的模拟结果均不相同。

1998年Eidelman和Yang进行了二维单脉冲爆震数值模拟，考虑了3种扩张喷管和3种收敛喷管。发现两种喷管都能明显提高脉冲爆震发动机的性能。3种喷管中，钟形喷管能

产生更高的冲量。2000年Mohanraj和Merkle进行了准一维多次脉冲爆震数值模拟研究了不同反压下扩张喷管及收敛扩张喷管（Convergence Divergence，简称CD）的影响，喷射压力为0.1013MPa。他们发现在低的反压下，这两种喷管均能提高性能，在高的反压下扩张喷管使发动机性能变差。他们还发现扩张喷管能产生更高的循环效率。

2003年Yungster通过二维数值模拟研究了扩张喷管对PDE性能的影响。循环工作了3个周期，分别采用氢气－氧气和氢气－空气混合物，爆震管和喷管的长度分别为100cm和40cm。在单脉冲爆震情况下，相对于不带喷管的情况，喷管利用燃烧产物携带的能量能较大地增加冲量。对于分别使用氢气－氧气和氢气－空气混合物的钟形喷管，其冲量分别增大2.34倍和1.41倍。在多次脉冲爆震的情况下，喷管的性能收益是有限的，这是因为在填充阶段喷管处于过度膨胀状态，甚至会产生负推力。

(2)多管脉冲爆震发动机

除了喷管外，另一种改进脉冲爆震发动机性能的方法就是采用多个爆震管。有关多管脉冲发动机的研究还刚刚开始。2000年Mohanraj等人提出了有5个爆震管的脉冲爆震发动机近似模拟模型。2002年Ebrahimi等人对有2个爆震管的PDE进行了二维数值模拟。他们发现，在相邻爆震管中诱导的压力与爆震管本身产生的压力几乎相同。由爆震波有道德压力与爆震管本身产生的压力几乎相同。由爆震波诱导的激波有可能引爆相邻爆震管中的反应物。2003年Ebrahimi等人研究了爆震管的数目和长度对爆震管之间流畅的影响。结果表明：3个管子之间的相互作用是2个管子的1/3,增加管长对性能影响不大。2003年Ma等对多管脉冲爆震发动机多次脉冲爆震循环过程进行了二维数值模拟。

3．3试验研究

试验方法对于正确、深入地认识脉冲爆震发动机的工作过程，解决脉冲爆震发动机研制过程中的关键技术等有着其他研究方法所不可替代的地位。关于脉冲爆震发动机最早的试验可以追溯到1940年Hoffmann对间歇爆震的研究。之后对PDE的试验研究逐渐增多，单次脉冲爆震试验可以用来决定不同可爆混合物的起爆能量、测量爆震波的参数、验证一些概念，未进行更加复杂的多次脉冲爆震实验奠定基础。试验中采用氢气或碳氢燃料。碳氢燃料包括气体燃料，如乙烯、丙烷，以及液体燃料，如JP10（C10H16）。许多研究选用乙烯是因为这种染料的爆震性质参数比较齐全，同时它的成分也是许多较重的碳氢燃料所共有的。

现阶段的试验研究也包括概念模型以及飞行尺寸的脉冲爆震发动机。目前已知最先进的当属适PDE使用性Pratt&Whitney公司的飞行尺寸pure PDE验证。试验中，主要问题还是气动阀的产生，控制以及它和爆震频率的协调问题，由于它不像往复发动机那样，有活塞，主轴等活动部件可以对发动机运行状况做提供参数，完全依赖传感器，因此变工况运行稳定性差。另外，该发动机为脉动，舒适性差，震动大不易平衡，所以采用多管捆绑使用，不过只可增大推力，却不能像多缸往复发动机那样平衡震动，因为各缸之间没有关联，工作频率并不协调，为此，美国专家设计出与四冲程发动机配合使用的PDE发动机。该发动机由美国空军技术研究中心与ISSI公司合作，将普通4缸4冲程发动机与爆震管相结合，采用螺旋障碍物促进爆震形成，成功的进行了多循环试验。该组合发动机在产生推力（最大50lbf）的同时能够输出一定量的轴功（20hp），从而为爆震发动机功率提取开创了一条道路。2004年4月，活塞组合脉冲爆震发动机在加州安排了飞行试验。

4 目前面临的技术障碍

目前将脉冲爆震发动机应用于实际尚有许多技术问题亟待解决，其中最大的两个障碍是确保产生连续的爆震波和研制能够可靠地承受高爆震压力和热应力的新工程材料。

4．1 爆燃向爆震的转换(DDT)

脉冲爆震发动机与传统发动机的最显著区别是燃料的燃烧方式为爆震而非爆燃，因此爆燃向爆震的可靠转换(DDT)是展现PDE各种优点的必要条件。目前控制DDT的方式主要有机械式和气动式两种。P＆W公司从1993年开始研制PDE，采取的就是机械式旋转阀。他们的目标是2005年前研制出用于导弹的pure PDE原型。利用旋转阀控制向爆震管内加注空气和燃料的混合物，通过火花点火激发DDT。在火花能量足够大的情况下，此种方式可以直接起爆产生爆震波。GE公司则采用气动阀方式，他们的目标是2005年前研制出hybrid PDE。气动阀方式利用环境气压与爆震管内压力的不同完成燃料和氧化剂的加注过程。这种方式明显地呈现出进气和排气两个阶段，进气过程加注燃料，爆震后为排气过程。此外为了缩短DDT距离，可以采用一些强化爆震的措施，如采用Shchelkin螺旋、金属环、孔板、中心体等，其中Shchelkin螺旋效果显著。虽然紊流有利于燃料掺混及缩短DDT距离，但同时也增加了损失，这也是不容忽视的问题。另外，激波会聚辅助起爆,都是缩短DDT过程提高热效率的有效方法。

4．2恶劣的工作条件对材料的要求

脉冲爆震发动机工作环境非常恶劣，温度范围227℃～1727℃，压力范围0atm～20atm，此外为了产生更高的近似连续的推力，还需要有足够高的工作频率(每秒钟循环上百次)，据报道在有的试验中每隔14～18微秒便可观察到一次压力峰值，即压力为0.556MHz～0.0714MHz，这都给爆震室材料强度提出了很高的要求。在没有研制出既经济又能够承受如此高温高压的材料之前，脉冲爆震发动机仍只能局限于理论，而无法应用于实际。

联想到V-1的脉冲喷气发动机的振动已经足以破坏飞机结构，而且基本没有可行的解决方法；对于PDE，问题可能严重的多。多管并联交错运行能缓和严重程度，但不能根治（而且五十年代SNECMA就已经在脉冲喷气发动机上做过并联交错运行）。

5 结论

脉冲爆震发动机按照应用方式的区别可以分为三大类：PDE(pure PDE)、组合循环PDE (combined PDE)、混PDE(hybrid PDE)，三大类又有显著的共同点，即燃料\空气混合物以爆震的方式燃烧。这种剧烈的反应过程产生高温高压气体，循环频率达到一定程度后，便可以提供足够高的近似连续的推力。脉冲爆震发动机与传统发动机相比结构简单，循环热效率高，不仅可以产生更高的推力而且具有很高的经济性。PDE的这些优点使其在直到中等马赫数飞行范围内具有很大的潜力，与超燃冲压发动机等其他动力装置组合可以在更高的飞行马赫数范围展示出良好的整体性能。另外其高比冲、低成本的特点还可以用于单级入轨航天飞机的初始段推进装置。一旦其技术成熟，必将给航空航天动力装置以及军事领域带来革命性的影响。但是在实际应用之前，缩短DDT距离并产生连续可靠的爆震过程，以及研制可靠经济的耐高温高强度材料仍是两大难题。

汽车发动机原理试题库及答案

一、发动机的性能 一、解释术语 1、指示热效率：是发动机实际循环指示功与消耗燃料的热量的比值. 2、压缩比：气功容积与燃烧室容积之比 3、燃油消耗率：发动机每发出1KW有效功率,在1h内所消耗的燃油质量 4、平均有效压力：单位气缸工作容积所做的有效功 5、有效燃料消耗率：是发动机发出单位有效功率时的耗油量 6、升功率：在标定工况下，发动机每升气缸工作容积说发出的有效功率 线 ） ） ） ） ） 2、发动机工作循环的完善程度用指示指标表示，因为指示指标以（ C ） A、燃料具有的热量为基础 B、燃料放出的热量为基础 C、气体对活塞的做功为基础 D、曲轴输出的功率为基础 2、表示循环热效率的参数有（ C ）。 A、有效热效率 B、混合热效率 C、指示热效率 D、实际热效率 3、发动机理论循环的假定中，假设燃烧是（ B ）。 A、定容过程 B、加热过程 C、定压过程 D、绝热过程

4、实际发动机的压缩过程是一个（ D ）。 A、绝热过程 B、吸热过程 C、放热过程 D、多变过程 5、通常认为，高速柴油机的理论循环为（ C ）加热循环。 A、定容 B、定压 C、混合 D、多变 6、实际发动机的膨胀过程是一个（ D ）。 A、绝热过程 B、吸热过程 C、放热过程 D、多变过程 7、通常认为，低速柴油机的理论循环为（ B ）加热循环。 C、先放热后吸热 D、又吸热又放热 6、实际发动机的压缩过程是一个多变过程，原因是在压缩过程中，工质（ B ）。 A、不吸热不放热 B、先吸热后放热 C、先放热后吸热 D、又吸热又放热 2、发动机的整机性能用有效指标表示，因为有效指标以（ D ）。 A、燃料放出的热量为基础 B、气体膨胀的功为基础 C、活塞输出的功率为基础 D、曲轴输出的功率为基础 2、发动机工作循环的完善程度用指示指标表示，因为指示指标以（ C ）。 A、燃料具有的热量为基础 B、燃料放出的热量为基础

脉冲爆震火箭发动机的原理性试验

脉冲爆震火箭发动机的原理性试验Ξ 李　强,张　群,范　玮,严传俊 (西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072) 摘　要:阐述了脉冲爆震火箭发动机(PDRE)性能特点、结构和工作过程。采用航空煤油为燃料,氧气和压缩空气为氧化剂,分别进行了两相脉冲爆震火箭发动机原理性试验,所测得的爆震波压力接近充分发展的理想爆震波压力,说明采用煤油作为脉冲爆震火箭发动机的燃料是可行的。 关键词:脉动式喷气发动机;燃料性能;爆震波试验+ 中图分类号:V231122 文献标识码:A 文章编号:100124055(2004)0520450204 An experimental study for pulse detonation rocket engine LI Qiang,ZH ANG Qun,FAN Wei,Y AN Chuan2jun (School of P ower and Energy,N orthwestern P olytechnic Univ.,X i’an710072,China) Abstract:　The performance characteristics,structure and w orking cycle of pulse detonation rocket engine(PDRE)were intro2 duced firstly.Then using kerosene as fuel,oxygen and compressed air as oxidizers,proof2of2principle experiments of PDRE were suc2 cess fully conducted.The results show that the measured detonation wave pressures are close to theoretical values.It als o indicate that using kerosene as the fuel of PDRE is feasible. K ey w ords:　Pulse jet engine;Fuel performance;Detonation experiments+ 1　引　言 脉冲爆震发动机是一种利用脉冲式爆震波产生高温、高压燃气发出的冲量来产生推力的新型推进系统,若发动机自带氧化剂,以火箭模式工作则称为脉冲爆震火箭发动机(Pulse Detonation R ocket Engine),简称PDRE[1]。 与目前常规推进系统中的爆燃波不同,PDRE中的爆震波由激波后面紧跟一道燃烧波组成[2],是以高超声速传播的。由于爆震波的传播速度很快,其燃烧过程可近似认为是等容过程,因而与以等压燃烧方式工作的常规火箭发动机相比,具有循环热效率高(在压比为6时,比等压循环高30%～50%)、燃料消耗率低的特点;由于爆震波能自增压[1],故PDRE最主要的优点就是能将推进剂增压到极高的压力,而不需要常规火箭发动机中既笨重又昂贵的高压涡轮泵。在典型的火箭发动机中,复杂的高压涡轮泵将燃料和氧化剂以高达130个大气压的压力压入发动机燃烧室,而PDRE的喷射压力仅为它的十分之一。因此,可以降低推进系统的重量、复杂性、成本及体积。同时, PDRE推力可从零连续调节到最大值。由于PDRE的上述优点,它已成为国内外航空航天界动力研究的热点[1～6]。 PDRE一般由推进剂供给系统、燃料氧化剂支管、精密流量控制阀、爆震激发和控制系统、爆震室、热保护系统和喷管组成,图1所示的是多管PDRE结构示意图[1]。 2004年10月第25卷　第5期 推　进　技　术 JOURNA L OF PROPU LSI ON TECH NO LOGY Oct12004 Vol125　No15 Ξ收稿日期:2003209225;修订日期:2004203215。 基金项目:国家自然科学基金(50106012,50336030);教育部优秀青年教师资助计划和西北工业大学毕业设计重点扶持项目的资助。 作者简介:李　强(1981—),男,硕士生,研究领域为燃烧学。E2mail:liqstudy@vip1sina1com

脉冲爆震发动机现状及发展趋势

喷气推进是伊萨克·牛顿(Isaac Newton)爵士的第三运动定律的实际应用。该定律表述为：“作用在一物体上的每一个力都有一方向相反大小相等的反作用力。”就飞机推进而言，“物体” 是通过发动机时受到加速的空气。产生这一加速度所需的力有一大小相等方向相反的反作用力作用在产生这一加速度的装置上。喷气发动机用类似于发动机/螺旋桨组合的方式产生推力。二者均靠将大量气体向后推来推进飞机，一种是以比较低速的大量空气滑流的形式，而另一种是以极高速的燃气喷气流形式。 这一同样的反作用原理出现于所有运动形式之中，通常有许多应用方式。喷气反作用最早的著名例子是公元前120年作为一种玩具生产的赫罗的发动机。这种玩具表明从喷嘴中喷出的水蒸气的能量能够把大小相等方向相反的反作用力传给喷嘴本身，从而引起发动机旋转。类似的旋转式花园喷灌器是这一原理更为实用的一个例子。这种喷灌器借助于作用于喷水嘴的反作用力旋转。现代灭火设备的高压喷头是“喷流反作用”的一个例子。由于水喷流的反作用力，一个消防员经常握不住或控制不了水管。也许，这一原理的最简单的表演是狂欢节的气球，当它放出空气或气体时，它便沿着与喷气相反的方向急速飞走。 喷气反作用是一种内部现象。它不像人们想象的那样是由于喷气流作用在大气上的压力所造成的。实际上，喷气推进发动机，无论火箭发动机、冲压喷气发动机、或者涡轮喷气发动机，都是设计成加速空气流或者燃气流并将其高速排出的一种装置。当然，这样做有不同的方式。但是，在所有例子中，作用在发动机上的最终的反作用力即推力是与发动机排出的气流的质量以及气流的速度成比例的。换言之，给大量空气附加一个小速度或者给少量空气一个大速度能提供同样的推力。实用中，人们喜欢前者，因为降低喷气速度能得到更高的推进效率。 脉动喷气发动机是喷气发动机的一种，也称脉冲喷气发动机，可用于靶机，导弹或航空模型上。脉动喷气发动机发明于法国但没有找到用途，纳粹德国在第二次世界大战的后期，曾用它来推动V-1导弹，轰炸过伦敦。这种发动机的结构如图所示，它的前部装有单向活门，之后是含有燃油喷嘴和火花塞的燃烧室，最后是特殊设计的长长的尾喷管。现在，用于喷气式（汽车）赛车的发动机。 脉动喷气发动机工作时，首先把压缩空气打入单向活门，或使发动机在空中运动，这时便有气流进入燃烧室，然后油嘴喷油，火花塞点火燃烧。这时长尾喷管在燃气喷出后，由于燃气流的惯性作用，虽然燃烧室内的压强同外面大气的压强相等，仍会继续向外喷，所以在燃烧室内造成空气稀薄的现象，使压强显著降

发动机爆震的分析及解决方法

15 汽车维修 2010.8 汽车诊所 AUTOMOBILE MAINTENANCE 图1因爆震损坏的零件 发动机爆震的本质是终燃混合气的自燃。 局部终燃混合气自燃造成局部的温度、压力急剧上升，瞬间在气缸内产生显著的压力不平衡，由此形成冲击性压力波以极高的速度向周围传播，使相邻混合气受到冲击触发，相继自燃。于是终燃混合气迅速燃烧完毕，因而气缸压力急剧上升，产生爆震。 一、发动机爆震产生的原因 1.点火提前角过大过大的点火提前角使活塞还在压缩行程时，大部分混合气已经燃烧，此时未燃烧的油气会承受极大的压力自燃，而造成爆震。 2.发动机积碳严重发动机燃烧室内过度积碳，会使压缩比增大（产生高压），易产生爆震。 3.发动机温度过高发动机过热的环境使得进气温度过高，或是发动机冷却水循环不良，都会造成发动机高温而爆震。 4.空燃比不正确过稀的空燃比，会使燃烧温度提高，燃烧温度提高会造成发动机温度上升，容易产生爆震。 5.燃油辛烷值过低辛烷值是燃油抗爆震的指标，辛烷值越高，抗爆震性越强。压缩比高的发动机，燃烧室的压力较高，若是使用抗爆震性低的燃油，则容易发生爆震。 二、爆震的危害 1.会引起发动机过热正常情况下，在燃烧室壁、活塞顶及气缸壁等壁面上形成一种气体附面层（一种稳定的气体层流边界层），其导热性较差，因此虽然燃烧气体温度可达2000℃~2500℃，而燃烧室及气缸壁等表面的温度只有200℃~300℃。但是当爆震燃烧时，由于强烈的压力波冲击，使气体附面层受到破坏，高温 气体向这些零件的传热量大大增加，造成发动机过热，传给冷却系的热损失增加，润滑油温度升高，运动件的润滑变坏，导致机件加速磨损。 2.高温下燃烧产物分解强烈爆震时燃烧室内局部温度很高，可达4000℃以上。在这种情况下，燃烧产物将分解为CO 、H 2、O 2、NO 及游离炭等。游离炭在气缸内很难再燃烧，因而爆震燃烧时排出黑烟。CO 、H 2等在膨胀中重新燃烧而使发动机的补燃量增大，同时由于爆震时的散热损失增加，发动机的热效率下降。 3.爆震容易引起早燃在一定条件下，强烈的爆震燃烧还能在燃烧室内产生许多炽热点。这些炽热点可能在电火花点火之前点燃可燃混合气引起所谓的早燃现象。 发生早燃现象时，混合气激烈燃烧，使气缸内的压力升高率和最高燃烧压力急剧增大。有试验验证，此时压力升高率为正常燃烧的5倍， 最高燃烧压力为正常燃烧的150％，气缸的压力又触发爆震加剧，爆震又反过来助长早燃，这两种现象互相促进，其结果是造成很大的压力升高率，发出尖锐的高频震音，导致危害性最大的激爆现象的产生。 4.爆震促使形成积碳爆震时的不正常燃烧及高温会促使积碳的形成量增加。积碳会导致如下后果：冬季冷起动困难，甚至造成发动机不起 动；加速无力；热车怠速抖动；机油消耗量增大等等现象。 过多积碳还会加剧爆震产生的可能并引起活塞、活塞环、火化塞和气门等零件的损坏或不能正常工作，见图1。 三、防止爆震产生的具体措施 就一台在用车发动机而言，在该发动机的结构以及各项控制参数等因素已既定的情况下，防止爆震产生的具体措施主要有如下几点： 1.要定期清除排气门、燃烧室和活塞顶部的积碳，消灭可能的终燃炽热点。大修时缸盖端面变形应立即换新的。将端面加工刨平往往会增加压缩比。 2.使用符合发动机压缩比的汽油。汽油中的辛烷成分能抑制爆震，加了辛烷值低的汽油必然引起爆震。 3.保持冷却系统工作正常，水温过高或经常“开锅”一定要排除障碍，否则容易引起爆震。 4.保证合适的点火提前角。配气相位和点火提前角应按车型生产厂家所提供技术数据调整，并且要保证发动机电控系统爆震传感器处于良好工作状态。如果爆震传感器失效或没有及时将发动机爆震信号反馈给电脑，发动机点火时间就会提前，从而导致爆震产生。 5.发动机在低转速而需要大负荷时（爬坡或加速），应及时换入低挡，切勿“拖挡”从而引发爆震。 发动机爆震的分析及解决方法 □江苏/刘 阳

【CN110131071A】一种脉冲爆震发动机燃烧室及其起爆方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910376650.9 (22)申请日 2019.05.04 (71)申请人 西北工业大学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 申请人 西安石油大学 (72)发明人 王治武　潘智刚　黄晶晶　伟力斯　 王亚非　刘志　 (74)专利代理机构 西北工业大学专利中心 61204 代理人 陈星 (51)Int.Cl. F02K 7/02(2006.01) F02K 9/62(2006.01) F02K 9/95(2006.01) (54)发明名称一种脉冲爆震发动机燃烧室及其起爆方法(57)摘要本发明提出一种脉冲爆震发动机燃烧室及其起爆方法，将大尺寸的主爆震室分割成若干尺寸较小的分区，首先将空气和燃料填充到主爆震室，然后在靠近爆震室左端壁的第一列分区中用低能量点火，火焰在小尺寸的分区中经加速形成能量较大且含有大量活性基团的热射流进入主爆震室；随后，该射流与左端壁面碰撞导致激波聚焦，火焰速度加快、激波强度加强；接着，通过相应的时序控制用低能量点燃距离左端壁面较远的第二列分区中的混合燃料，此分区形成的射流进入主爆震室再次增加了点火能量。相比于普通点火，本发明将多点点火、射流点火、障碍物强化扰流、激波反射聚焦和小管道加速等原理和方法有机结合起来，爆震波会在更短的时间和距离 内产生也就缩短了DDT的时间和距离。权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 110131071 A 2019.08.16 C N 110131071 A

权　利　要　求　书1/1页CN 110131071 A 1.一种脉冲爆震发动机燃烧室，包括主爆震室、燃油喷嘴和吸气阀门；燃油喷嘴布置在主爆震室壁面或端面上，能够向主爆震室内喷注燃料，吸气阀门布置在主爆震室壁面或端面上，能够向主爆震室内吸入氧化剂或空气； 其特征在于：在主爆震室内壁面上沿轴向布置有两列分区，每一列分区由若干个独立的小分区组成，每个小分区为仅一端开口的密闭结构，开口方向朝向主爆震室内端面；在每个小分区内部安装有点火器，且同一列分区中所有小分区的点火器串联，能够同时点火。 2.根据权利要求1所述一种脉冲爆震发动机燃烧室，其特征在于：燃油喷嘴安装在主爆震室内端面与靠近主爆震室内壁面的一列分区出口位置之间的主爆震室壁面上，且若干燃油喷嘴沿主爆震室周向均匀分布；吸气阀门安装在主爆震室内端面上。 3.根据权利要求1所述一种脉冲爆震发动机燃烧室，其特征在于：每一列分区中的若干个独立小分区在主爆震室周向上均匀分布。 4.根据权利要求1所述一种脉冲爆震发动机燃烧室，其特征在于：独立小分区的轴向长度与主爆震室直径的比值不小于1。 5.根据权利要求1或4所述一种脉冲爆震发动机燃烧室，其特征在于：靠近主爆震室内壁面的一列分区出口位置和主爆震室内端面之间的轴向距离与主爆震室直径的比值为0.2～0.4。 6.根据权利要求5所述一种脉冲爆震发动机燃烧室，其特征在于：靠近主爆震室内壁面的一列分区后端和另一列分区出口位置之间的轴向距离与主爆震室直径的比值为0.2。 7.根据权利要求6所述一种脉冲爆震发动机燃烧室，其特征在于：靠近主爆震室内壁面的一列分区口径与主爆震室直径的比值为0.2。 8.根据权利要求7所述一种脉冲爆震发动机燃烧室，其特征在于：另一列分区口径为靠近主爆震室内壁面的一列分区口径的1.25倍。 9.权利要求1所述一种脉冲爆震发动机燃烧室的起爆方法，其特征在于：打开燃油喷嘴向主爆震室喷注燃料，同时打开吸气阀门引入氧化气体与燃油喷雾充分混合，待氧化气体和燃料充满整个主爆震室后关闭阀门；靠近主爆震室内壁面的一列分区中的点火器同时点火，点燃该列分区中的混合燃料，火焰在该列分区中加速燃烧，形成热射流从该列分区出口射出并进入主爆震室；而后按照设计的时序控制另一列分区中的点火器同时点火，点燃该列分区中的混合燃料，火焰在该列分区中加速燃烧，形成热射流从该列分区出口射出并进入主爆震室，再次加强了火焰能量，最终产生爆震波。 10.根据权利要求9所述一种脉冲爆震发动机燃烧室的起爆方法，其特征在于：通过时序控制所述另一列分区中的点火器同时点火的时刻，使所述靠近主爆震室内壁面的一列分区中形成的火焰前端激波经过主爆震室内壁面反射后，在所述靠近主爆震室内壁面的一列分区后端和所述另一列分区出口位置之间的位置，与所述另一列分区形成的火焰前端激波发生碰撞叠加。 2

发动机爆震燃烧的现象分析

发动机特别是在高温状态下和总行程较高时，经 常会突发一种清脆的爆炸声，这就是发动机的爆震燃烧现象。现就使用因素对该现象的成因和防止措施作一分析。 一、发动机的正常燃烧 汽油发动机一般是在气缸外部使燃油与空气混合，进入气缸到压缩终了时已形成大体均匀的混合气，之后依靠电火花强制点火形成火焰中心并向未燃混合气体传播，最后完成燃烧。如果燃烧由定时的电火花点火，首先使火花塞电极间隙内的混合气体形成微小火焰核，同时火焰具有向相邻的混合气以30m~50m/s 的速度连续传播的能力，进而把火焰传遍整个燃烧室，这称为发动机的正常燃烧。 汽油发动机的燃烧过程分为着火延迟期、急燃期、后燃期3个过程。 第一阶段为着火延迟期，指从电火花跳火到点燃混合气形成火焰中心为止的一段时间。 第二阶段为急燃期，指火焰由火焰中心传遍整个燃烧室的阶段。亦称火焰传播阶段。它是汽油机燃烧 的主要时期。 第三阶段为后燃期，指急燃期终点到燃油基本完全燃烧为止期间的燃烧。在后燃期中，主要是火 焰前锋后未及时燃烧的燃油再燃烧，及粘附在气缸壁上的未燃混合气层的继续燃烧。 二、发动机不正常燃烧 汽油发动机在某种条件下，如温度过高、压缩比过高等，发动机的燃烧会出现不正常现象，压力曲线出现了高频大振幅波动，上止点附近的dp/dt 值急剧变动，此时火焰传播速度和火焰形状均发生急剧变化，该现象称为爆燃燃烧。 爆燃产生的机理为电火花点火后，火焰以30m~80m/s 的正常速度向前传播，终燃混合气（指最后燃烧位置上的那部分混合气）因受燃烧气体的压缩和热辐射影响，其压力、温度升高，从而加速了燃烧先期的化学反应并放出热量，使其本身的温度不断升高。如果在正常火焰前锋面尚未到达之前，部分终燃混合气的先期化学反应已经完成，产生了一个或多个新火焰中心，并从这些中心以100m~300m/s（轻微爆燃）直到800m~1000m/s 或更高（强烈爆燃）的速度传播，终燃混合气将被迅速燃烧完毕。因此，发动机爆燃现象就是终燃混合气的自燃现象。 三、爆震燃烧的外部特征及危害 发动机爆震燃烧有较明显的外部特征，具体表现为： 1、发出清脆的金属敲缸声，也即前面所述的爆炸声。

论汽油机产生爆震的原因

论汽油机产生爆震的原因、危害与预防 一、摘要 本文主要针对汽油发动机产生的爆震故障，从汽油机产生爆震的外部特征、引起的原因、造成的危害、预防的措施等4个方面去论述此故障的成因与应对方法。 关键词：汽油机爆震；不正常燃烧；金属敲击声；环境污染 二、前言 汽油发动机爆震燃烧是一种不正常的燃烧现象，它不仅危害发动机的使用寿命，影响车辆的动力性和经济性，还会污染环境，有害于大众。虽然汽油机产生爆震是汽车故障中常见的现象，但是如何面对、理解、重视与预防它，是我们从事汽车行业工作者的责任。 三、正文 (一)汽油发动机产生爆震 汽油发动机产生爆震，不仅加速发动机的早期损坏，还会直接影响企业的经济效益。当汽油机发生爆震时，一般有下列外部特征： (1)汽油机运转时机内伴随有不规则的金属敲击声。 (2)汽油机工作不稳定，运转时有较大的振动。 (3)发动机冷却系温度偏高。 (4)发动机气缸盖温度上升。 (5)发动机功率下降。 (6)发动机燃料燃烧不完全，排出的废气中有黑烟。 (7)发动机燃油消耗率增大。 (二)汽油机产生爆震的原因 汽油机产生爆震的原因，应从汽油机气缸混合气体燃烧概念及燃烧过程去分析理解。汽油燃料以气态与空气混合，在一定的温度与压力作用下，其中的碳氢原子与空气中的氧发生激烈的化学反应，并伴随有放热和发光的效应，这一现象称为发生燃烧。汽油机的燃烧过程分3个阶段。 (1)诱导期：火花放电后，需要经过一定的时间才形成火焰中心，这段时间称诱导期。 (2)明显燃烧期：火焰中心形成后，发生火焰传播现象，从传播到最后燃烧的那部分混合气为止，所需经过一段时间称明显燃烧期。 (3)补燃期：在火焰传到最后燃烧的那部分混合气后，由于膨胀过程仍然有燃烧在继续进行，此放热的阶段称补燃期。 燃烧过程展开图： 在汽油机的气缸里，由火花放电引起火焰传播。在火焰传播过程中，工作混合气在全部燃烧完毕的整个燃烧过程中，具有10～30m／s的正常燃烧速率，缸内的压力有很小的波动，基本上均匀。如果在火焰前锋到达之前，未燃气温度急剧升高达到燃料的自燃温度而自行着火形成新的火焰中心，则火焰伴随着很高的局部压力以超音速传播，形成强烈的冲击波。这时燃烧速率达到1000～4000m／

氢能在燃烧发动机上利用的研究综述

氢能在燃烧发动机上利用的研究综述 黄佐华 王金华 黄印玉 张勇 刘亮欣 刘兵 蒋德明 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室 摘要：氢气是未来燃烧发动机最有前途的燃料，氢能在燃烧发动机上的规模利用将取决于氢能的规模化制备。燃氢发动机升功率下降，燃烧控制比较困难，目前燃料成本仍然较高，距离规模化使用还有一定的距离。天然气掺氢燃烧发动机将是氢能在燃烧发动机上应用最有前途和最具可行性的方式。天然气掺氢发动机虽开展了一些研究工作，但距离发动机推广使用还有很多研究工作要做，特别是天然气-氢气-空气混合气燃烧基础研究方面和发动机燃烧与控制的基础性研究方面。 主题词：氢能；燃烧发动机；利用 Utilization of Hydrogen in Combustion Engine-A Review Huang Zuo-hua, Wang Jin-hua, Huang Yin-yu, Zhang Yong, Liu Liang-xin, Liu Bing, Jiang De-ming State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710049, China Abstract: Hydrogen is regarded as the most promising fuel for combustion engine while the large scale application of such engine will depend on the large scale production of hydrogen. Pure hydrogen engine will bring power loss of engine and has difficulty in engine controlling besides high cost of the fuel, and those make it still to have a long time before being widely utilized. Addition of hydrogen into natural gas is the most promising and feasible approach for hydrogen utilization in combustion engine, although some preliminary work had been done in natural gas/hydrogen combustion engine, there still has more work needed to be conducted especially in the aspects of fundamental study such as combustion characteristics of natural gas-hydrogen-air mixture as well as the combustion and controlling of the engine. Keywords: Hydrogen; Combustion engine; Utilization 前言 化石燃料的短缺已成为世界各国面临的主要问题，化石燃料的储藏量有限，预计到本世纪中叶地球上的化石燃料将被消耗完，届时石油替代燃料如天然气、氢气和生物质燃料等将成为燃烧发动机的主要燃料。今后地球上的能源增长将主要依靠清洁能源和可再生能源。据联合国预测，到2050年全球60%的电力和40%的能源消费将由可再生能源提供。化石燃料的燃烧会产生有害排放物，如NOx, CO, HC, Smoke, PM 以及温室气体CO 2，燃烧发动机解决这一问题的一个有效途径是采用清洁燃料。氢能是一种清洁燃料，可以利用生物质热解制氢和太阳能光解水制氢，随着规模化制氢技术的成熟和大规模氢气的制备，氢能在发动机上的黄佐华，男，，教授，主要研究方向是内燃机燃烧和清洁燃料发动机1963- https://www.doczj.com/doc/f116072680.html,

爆震原理

1、什么是爆震：爆震是汽油机中一种不正常燃烧的现象。 汽油机正常燃烧时,火花塞点火后经过短暂的着火延迟期的准备,在电极间隙附近形成火焰核心,火焰从火焰核心以30～40米/秒的速度向四周的未燃混合气区传播，使燃烧室内混合气循序燃烧，直至结束。 爆震示意图： 右侧高压缩比设定，比较容易引起爆震，因此需要使用高辛烷值的燃油避免爆震。 汽油发动机，当混合气(空气与燃油充分的混合) 在进气行程进入燃烧室后，活塞在压缩行程时便将其压缩，火花塞将高压混合气点燃后，其燃烧所产生的压力则转换成发动机运转的动力。发动机燃烧虽可以用三言两语简单的形容，但光是内燃机的燃烧研究，不知已造就了多少博、硕士论文，甚至许多学者、工程师穷其一生都在研究燃烧的学问，所以要真正了解发动机，是要花很多工夫的。 正是因为发动机的燃烧十分复杂，所以需要有相当精确的设计与控制，稍有一点控制失误或是失常，便会造成不正常燃烧，而“爆震”就是一种不正常燃烧。简单的说，爆震是不正常燃烧所导致的燃烧室内压力失常。 2、爆震的原理： 1，混合气在燃烧室内燃烧，其火焰是由点火点以“波”的方式向四周扩散，所以从点火到油气完全燃烧需要一段短暂的时间。 2，油气虽然需要靠火花塞点燃，但是过于高温、高压的环境也会使油气自燃。 一般的爆震是因为燃烧室内油气点火后，火焰尚未完全扩散，远程未燃的油气即因为高温或高压而自燃，其火焰与正规燃烧的火焰撞击而产生极大压力，使得发动机产生不正常的敲击。 3、爆震的原因: 一、点火角过于提前： 为了使活塞在压缩上止点结束后，一进入动力冲程能立即获得动力，通常都会在活塞达

到上止点前提前点火(因为从点火到完全燃烧需要一段时间)。而过于提早的点火会使得活塞还在压缩行程时，大部分油气已经燃烧，此时未燃烧的油气会承受极大的压力自燃，而造成爆震。 二、发动机过度积碳： 发动机于燃烧室内过度积碳，除了会使压缩比增大(产生高压)，也会在积碳表面产生高温热点，使发动机爆震。 三、发动机温度过高： 发动机在太热的环境使得进气温度过高，或是发动机冷却水循环不良，都会造成发动机高温而爆震。 四、空燃比不正确： 过于稀的燃料空气混合比，会使得燃烧温度提升，而燃烧温度提高会造成发动机温度提升，当然容易爆震。 五、燃油辛烷值过低： 辛烷值是燃油抗爆震的指标，辛烷值越高，抗爆震性越强。压缩比高的发动机，燃烧室的压力较高，若是使用抗爆震性低的燃油，则容易发生爆震。 4、如何发现有没有爆震： 爆震的英文是Knocking，敲击的意思，所以爆震时发动机会产生敲击声。轻微不连续的爆震声音相当清脆，有点类似轻敲三角铁的声音。而严重且连续的爆震时，发动机会有“哩哩哩”的声音，此时发动机也会明显的没力。 现在许多车厂为了将发动机压榨出最大的性能及降低油耗，通常会把常用转速区域的点火角设定的比较提前，所以有些发动机在2000至3000转间负荷较大时，难免会有轻微的爆震，然而轻微的爆震对发动机不会有太大的影响，车主也不用过于担心。但是若因为发动机出问题所产生的爆震，如严重积碳或散热不良等，这种爆震通常很严重，如果是在高转速高负荷发生连续且严重的爆震，不出一分钟，轻则火花塞及活塞熔损，严重的甚至连汽缸及发动机本体都会炸穿。 5、关于爆震感知器： 最快速且有效的抑制爆震的方法，就是延后点火提前角，降低燃烧压力。所以爆震感知器作动原理，是当侦测到发动机爆震时，则将点火提前角延后到不会爆震的点火时机，待发动机不爆震时，再慢慢的将点火提前回复。爆震感知器是利用加速度传感器来量测发动机的加速度变化，也就是震动。工程师在调校爆震感知器时会把爆震的震动模式写入ECU中，一旦爆震感知器侦测出该震动模式，ECU则判定发动机爆震，随即延后点火提前角。目前较先进的爆震感知器甚至能判定是哪一个汽缸爆震，而针对该汽缸个别延后点火提前角。6、93#、97#或98#其实是汽油的抗爆震性： 说到爆震，大家最关心的还是加什么汽油的问题。其实93、97或98是汽油的抗爆震性，也就是其“辛烷值”。什么是“辛烷值”呢？在研究燃料与爆震的关系时，研究人员发现“异辛烷”最能抵抗爆震，而“正庚烷”相当容易爆震，所以就将异辛烷的抗爆震度订为100，而正庚烷订为0。所谓辛烷值97的汽油，就是它的抗爆震度与97％异辛烷和3％正庚烷混合物的抗爆震度相同。 所以这纯粹是抗爆震性的问题，并不是加了辛烷值越高的汽油，发动机就越有力。当然，若是加了辛烷值太低的汽油而导致爆震，或是爆震发生时发动机退点火角，车子的确会比较没力。换句话说，只要发动机不发生爆震，提高油料的辛烷值并不会让发动机更有力或更省油，只会让你的钱包更缩水

汽车热管理综述

汽车热管理现状发展综述 自从汽车产生以来，排放以及燃油经济性有关先进科学技术陆续应用到了内燃机上，汽车性能得到了明显的改善。在内燃机燃烧系统、气体热交换系统以及发动机控制系统的发展与改进方面，我们都花费了大量的精力。为了提高发动机的性能，但是，在之后的35年，我们都在发动机及其动力总成上花费了很大的精力，收获却越来越小，成本越来越高。幸运的是，现代工业已经发现并探索出了“最后的领地”—汽车热管理。 何为汽车热管理系统？汽车热管理系统是从系统集成和整体角度出发，统筹热量与发动机及整车之间的关系，采用综合手段控制和优化热量传递的系统。先进的热管理系统设计必须同时考虑发动机冷却系统与润滑系统、暖通空调系统（HV AC）以及发动机舱内外的相互影响，采用系统化、模块化设计方法将这些系统进行设计集成、制造集成，集成为一个有效的热管理系统。其必须能根据行车工况和环境条件，自动调节冷却强度以保持相应的部件在最佳的温度范围内工作，改善汽车各方面的性能，例如燃油经济型、驾驶舒适性等。因此，开发高效可靠的汽车热管理系统已经成为发动机进一步提高功率、改善经济性所必须突破的关键技术问题。因此采用先进的热管理系统设计理念，应用汽车现代设计方法和手段，对汽车热管理系统进行深入研究具有十分重要的意义。 1.国内汽车热管理系统的研究现状 发动机冷却系统作为发动机正常稳定运行的重要辅助系统，国内学者和企业对其研究一直在不断地深入和扩展。在燃烧放热，活塞、缸套、气缸盖温度场与热负荷，缸内气体流动与传热，散热器设计，风扇设计优化，排气系统传热等方面做了大量的研究工作。 目前，国内对汽车整车或者整机的热管理研究并不成熟，还处于初级阶段。国内对整车或者整机的研究主要集中在某几个高校，如同济大学、浙江大学、西安交通大学、清华大学等；而只有几所高校研究发动机的整机热管理，并且还处于起步阶段；而对于整车的热管理研究，国内几乎没有可以承担的。国内大部分企业主要针对某些零部件做单一的研究，并没有把部件统一起来作为整体来考虑。 对于小型轿车来说，冷却系统趋于向高性能方向发展，电控应用技术越来越多；但是对于重型车辆来说，改变并不是很大。重型汽车热管理系统基本结构在过去的40—50年里变化不大，有些部件(冷却液泵和节温器)的设计基本上没改变过。传统的节温器通常采用的是注蜡式节温器，它只能在一定的冷却液温度(80一85℃)内进行单点控制(节温器在85℃时开启，80℃时关闭)，不能满足未来的冷却系统对冷却液流量精确控制的要求。研究表明。在25℃大气温度时，路上运行的负载车辆，其节温器打开(大循环)时间仅占总时间的10％。另外，

造成汽车发动机爆震的原因的深度解析

造成汽车发动机爆震的原因的深度解析摘要:春节的爆竹声此起彼伏，给人以欢乐的气氛。然而在发动机中放爆竹的话，显然不是那么让人满意。提到爆震，也许所有人见到这两个字都会心生厌恶之情。本篇会尽可能的解读在汽油发动机上，爆震产生的原理、导致爆震的因素、对发动机的危害、和解决的方法。 汽油与空气的混合气进入气缸之后，活塞会将其压缩，气缸内温度和压力升高后，混合气密度和分子分子运动速度也随之提高，混合气会更容易、更快的燃烧，从而获得更好的动力性和经济性。气缸在下止点时的最大体积与气缸在上止点时最小体积之比，即为压缩比，通常情况下，相同排量的发动机，压缩比越高，其动力性和经济性越好（涡轮增压发动机的压缩比偏低，特性我们会在以后着重介绍）。 在压缩之后，混合气在气缸内点燃，正常情况下，其火焰是由点火中心开始，以一个球面为前锋，带着高温高压气体向四周扩散，最终冲向活塞，并使之向下做功，火焰传播速度为30-80m/s，所以从点火到油气完全燃烧，要经过点火期（火花塞跳火）、滞燃期（火核形成并以锋面开始传播）、速燃期（大部分混合气燃烧，速燃期结束时缸内压力最大）、和后燃期（残余混合气燃烧，对汽油机来说意义不大）这几个阶段。而就是因为点火期和滞燃期，混合气没有很好的燃烧，才让发动机有了一个数值：点火提前角。 骑过自行车的朋友都知道，在脚蹬通过最高点之后过一点点，我们再向下踩，这样骑车最有劲儿，而对于活塞和曲轴来说也是如此，通常认为在上止点后曲轴10°左右的相位时（工况不同，其数值也会有所变化），缸内出现最大压力值并推动活塞向下做工，此时性能最佳。 但我们刚才讲到，混合气燃烧需要一个过程，如果在上止点时才点燃混合气就来不及了，所以我们要抢先点火，让点火期和滞燃期尽早开始，使速燃期结束之时，曲轴在10°相位附近，这就是所谓的点火提前角。点火提前角在合理范围值内，越提前，越能压榨出发动机的动力。假设混合气燃烧至速燃期结束，时间为0.001秒，那么在发动机转速为3000转时，曲轴在旋转18°的时间内，燃烧可达压力最大值。这时的点火提前角就应为8°。而随着转速的提升，点火提前角也随之提升。 配气相位图，请注意点火时刻出现在上止点之前 通过这两条补充知识，我们了解到两点：压缩比越高，混合气压缩越充分，燃烧速度越快；点火提前角越提前，发动机做功越积极。所以现代发动机的往往将压缩比设置很高（10:1以上），点火提前角在高负荷时也调教的较为靠前。然而物极必反，当燃烧做功处于不恰当的时机，就会带来了一系列的麻烦，爆震。爆震的种类 实际上，我们经常说的爆震过于广义，爆震这个词被各种文献、媒体和修车师傅用滥，点火过早、表面点火、狭义的爆震、敲缸、叫杆等等，都称之为爆震。为了区别并便于解释，小编姑且擅自把正统意义上的狭义爆震在此篇称之为“爆燃”。而滥用了的“爆震”，继续代表广泛的定义。 爆震，发动机一种不正常的工作状态，泛指发动机气缸由于非正常点火造成

汽车发动机点火系统的研究现状及发展方向

汽车发动机点火系统的研究现状及发展方向 摘要：本文介绍了汽油发动机点火系统的基本工作原理。在此基础上，综述了现代电子点火系统，尤其是点火能量及点火控制系统研究的现状、发展趋势。随着发动机向高转速、稀混合气方向发展，普通电子点火系统已不能满足要求，高能微机控制点火系统将成为今后点火系统的发展方向。 关键词：点火系统；电子点火；发展趋势； 点火系统是汽油发动机重要的组成部分,对发动机的性能有着决定性的 影响。它的的基本装置包含了电源、点火系统（电瓶）、点火触发装置、点 火正时控制装置、高压产生器（高压线圈）、高压电分配装置（分电盘）、高 压导线及火花塞。现代的点火提前装置则已改由引擎管理电脑所控制，电脑 收集引擎转速、进气歧管压力或空气流量、节气门位置、电瓶电压、水温、 爆震等讯号，算出最佳点火正时提前角度，再发出点火讯号，达到控制点火 正时的目的。随着汽车工业的不断发展，汽车电子化程度不断提高,汽车的 点火系统已由传统的蓄电池点火系统发展到国内外广泛采用的电子点火系 统，电子点火系统又称为半导体点火系统或晶体管点火系统，越来越多的汽 车厂家将电子技术应用到了汽车上它的作用是在适当的时刻点燃被压缩的 混合气件并使其燃烧，点火系统的性能良好与否对发动机的功率、油耗和排 气污染等影响很大．随着世界汽车工业的发展，汽车点火系统经历了由传统 点火系统到电子点火系统再到计算机控制的点火系统三个阶段． 最早应用于汽车的是传统点火系，采用机械触点控制初级电流，当触点闭合时，点火线圈初级电路接通，储存能量；当触点打开时，点火线圈初级电路断开，在次级线圈中产生高电压，并经分电器加于火花塞，击穿火花塞，产生电火花点燃混合气。其优点是结构简单、更换方便。缺点是初级电流受机械触点允许电流限制不能过大，点火能量低；闭合角不能调整；次级电压上升速率较慢，在火花塞积炭时形成漏电流，次级电压下降；机械触点易烧蚀，凸轮易磨损，工作不可靠；机械调整装置调节点火提前角，反应速度慢，控制精度低。目前，传统的点火系已经淘汰。 国内汽油发动机车点火系统中，电子点火系统已占有较大比例，传统点火系统已处于淘汰的状况。当前我国点火系统发展很快，电子点火系统已在微型车及普通型轿车中普及，中、高档轿车已开始采用计算机控制．计算式控制的点火系统中高压配电方式是由有分电器式向无分电器式发展在电子点火系统中，原有的凸轮驱动被脉冲发生器所取代，靠磁变化(无触点)产生电流及电压脉冲，并通过

发动机爆震现象详解

09款有爆震的可以看一下。很好的文章，很直白。 网址： 春节的爆竹声此起彼伏，给人以欢乐的气氛。然而在发动机中放爆竹的话，显然不是那么让人满意。提到爆震，也许所有人见到这两个字都会心生厌恶之情。本篇会尽可能的解读在汽油发动机上，爆震产生的原理、导致爆震的因素、对发动机的危害、和解决的方法。 在解读之前，我们先来了解一下，汽油发动机中，燃料是怎样的燃烧过程。 汽油与空气的混合气进入气缸之后，活塞会将其压缩，气缸内温度和压力升高后，混合气密度和分子分子运动速度也随之提高，混合气会更容易、更快的燃烧，从而获得更好的动力性和经济性。气缸在下止点时的最大体积与气缸在上止点时最小体积之比，即为压缩比，通常情况下，相同排量的发动机，压缩比越高，其动力性和经济性越好（涡轮增压发动机的压缩比偏低，特性我们会在以后着重介绍）。 在压缩之后，混合气在气缸内点燃，正常情况下，其火焰是由点火中心开始，以一个球面为前锋，带着高温高压气体向四周扩散，最终冲向活塞，并使之向下做功，火焰传播速度为30-80m/s，所以从点火到油气完全燃烧，要经过点火期（火花塞跳火）、滞燃期（火核形成并以锋面开始传播）、速燃期（大部分混合气燃烧，速燃期结束时缸内压力最大）、和后燃期（残余混合气燃烧，对汽油机来说意义不大）这几个阶段。而就是因为点火期和滞燃期，混合气没有很好的燃烧，才让发动机有了一个数值：点火提前角。 骑过自行车的朋友都知道，在脚蹬通过最高点之后过一点点，我们再向下踩，这样骑车最有劲儿，而对于活塞和曲轴来说也是如此，通常认为在上止点后曲轴10°左右的相位时（工况不同，其数值也会有所变化），缸内出现最大压力值并推动活塞向下做工，此时性能最佳。但我们刚才讲到，混合气燃烧需要一个过程，如果在上止点时才点燃混合气就来不及了，所以我们要抢先点火，让点火期和滞燃期尽早开始，使速燃期结束之时，曲轴在10°相位附近，这就是所谓的点火提前角。点火提前角在合理范围值内，越提前，越能压榨出发动机的动力。假设混合气燃烧至速燃期结束，时间为0.001秒，那么在发动机转速为3000转时，曲轴在旋转18°的时间内，燃烧可达压力最大值。这时的点火提前角就应为8°。而随着转速的提升，点火提前角也随之提升。 配气相位图，请注意点火时刻出现在上止点之前 图片内其他信息为配气方面的知识，如欲了解请点击李毅同学的另一篇文章：

脉冲爆震火箭发动机研究

脉冲爆震火箭发动机研究 范玮，严传俊，李强，丁永强，胡承启 （西北工业大学动力与能源学院，西安，710072） 摘要本文论述了脉冲爆震火箭发动机的研究现状和发展方向，介绍了西北工业大学脉冲爆 震火箭发动机（PDRE）研究组从2002年以来在863-702主题项目的资助下，对PDRE进 行探索性研究所取得的主要成果，详细阐述了课题组在采用航空煤油/氧气为推进剂的脉冲 爆震火箭发动机试验模型上攻克两相爆震起爆、稳定可控工作、PDRE加与不加尾喷管时性 能测试等关键技术方面的研究进展。 关键词：脉冲爆震火箭发动机；两相；起爆；性能实测；喷管增益。* 1、引言 脉冲爆震火箭发动机（Pulse Detonation Rocket Engine，简称PDRE）是一种利用周期性爆震波发出的冲量产生推力的非稳态新型推进系统。PDRE是脉冲爆震发动机（Pulse Detonation Engine，简称PDE）的一种，它自带燃料和氧化剂，由控制系统、燃料和氧化剂储存系统、点火和流动控制用附属能量系统、燃料/氧化剂喷射系统、爆震触发系统及推力壁等基本部件组成[1]。每个爆震循环包括推进剂填充、点火起爆、爆震形成和传播、已燃气排出和隔离气填充隔开废气几个过程。与常规液体火箭发动机连续输出推力不同，脉冲爆震火箭发动机的推力是间歇式的。随着爆震频率的增加，推力趋于稳态。 与目前推进系统中常用的爆燃波不同，爆震波的特点是它能产生极快的火焰传播速度（Ma>4）和极高的燃气压力（1.51~5.57MPa）。火焰传播速度快意味着没有足够的时间达到压力平衡，从热力学的角度分析爆震循环更接近等容循环。显然，与以等压循环为基础的大多数推进系统相比，PDRE具有更高的热循环效率。由于爆震波能增压，对液体火箭发动机而言，可不用高压涡轮泵，从而大大降低了推进系统的重量、复杂性、成本及体积。据国外研究报道，PDRE可在0～25的宽广的飞行Mach数下工作[1，2]。 由于脉冲爆震发动机具有上述独特的优点，它在军用和民用等方面具有广阔的应用前景，可能成为本世纪新型动力装置。目前美国、法国、加拿大、俄国、中国及其他国家，正在积极实施脉冲爆震发动机的研究计划。 2003年5月，美国GE公司在2003年度的“航空百年国际论坛（中国部分）”报告资料中明确提出，下一代新型循环的航空发动机是基于PDE技术的。GE公司在PDE技术应用方面的研究方向主要有：（1）以PDE代替涡喷发动机发展纯PDE发动机；（2）以PDE 代替涡扇发动机的核心机发展先进大涵道比涡扇发动机；（3）以PDE代替核心机和加力燃烧室发展先进战斗机用小涵道比涡扇发动机；（4）以PDE吸气式加力涡轮发动机/脉 *基金项目：国家自然科学基金项目（50106012,50336030）