脉冲爆震涡轮发动机研究进展_郑龙席

动力与能源学院航空推进系党支部高超声速推进技术的新进展动力与能源学院航空推进系教工党支部成立于2003年，由原七系703党支部、704党支部、710党支部以及微发所党支部合并建立。

支部共有正式党员40多名，占全体教师的80%。

该党支部自成立以来，团结奋进，努力工作，充分发挥党支部的战斗堡垒作用和党员的模范带头作用，在学科建设、科学研究及教书育人中的取得了一定的成绩，主要表现在以下几个方面：。

科研工作是高校一项重要工作，近年来，随着国家对航空发动机的重视程度不断加强，相关科研项目逐步增多，我系教师紧密结合国家需求，发挥团队作用，锐意创新，在传统发动机关键技术和新概念发动机研究方面不断探索，新的科研成果不断涌现。

郑龙席教授领导的课题组近年来主要从事脉冲爆震涡轮发动机的研究工作。

脉冲爆震涡轮发动机是一种利用脉冲式爆震燃烧室替代传统航空发动机等压燃烧室的新型发动机发动机。

由于其具有宽广的军事应用前景，西方对其关键技术严格保密，可借鉴的资料很少。

因此，对这一概念新、难度大、技术含量高的项目，其研究工作难度可想而知，课题组克服了一个又一个困难，在脉冲爆震涡轮发动机研究方面取得了令人鼓舞的进展，研究水平达到国际先进水平。

（研究水平哦！别造谣威胁论哦！）作为支部书记，他以身作则，处处起模范带头作用，建党90周年，他被评为“西北工业大学优秀共产党员”和“陕西省高校系统优秀共产党员”称号。

范玮教授谢绝了继续留美的可能，信守出国前对系、校领导的承诺，按期回国，将所学到的的新知识、新技术运用到科研、教学工作中。

回国后，继续活跃在教学科研第一线，由于在教学科研方面的突出贡献，先后获“校三八红旗手”、“校优秀共产党员”和陕西省“教学名师”荣誉称号；并承担了国家自然科学基金，863等多个项目的研究，范玮老师作为第一完成人获授权职务专利20余项，其中包括多项发明专利。

另外，宋文艳老师团队由于在超燃冲压发动机技术领域的研究积累，争取到了国防科研经费730多万。

新概念脉冲爆震发动机研究的最新进展范玮,严传俊,黄希桥,张群,郑龙席(西北工业大学发动机系,西安　710072) 摘　要:论述了新概念脉冲爆震发动机的工作原理、热力循环方式、优点及应用范围,对国外脉冲爆震发动机的最新研究进展和存在的问题进行了综述,介绍了作者在脉冲爆震发动机探索性研究方面的主要成果:修正了比冲计算公式;发展了一种新的低能量(50mJ)单级起爆系统;采用爆震性较差的液体燃料C8H16/空气混合物,在国际上,首次成功地进行了两相脉冲爆震发动机原理性试验,所测量的爆震波压力比非常接近充分发展的C-J爆震,说明已获得了充分发展的两相脉冲爆震波;实验研究了脉冲爆震发动机的直径和爆震频率对其性能的影响;突破了将脉冲爆震发动机长度缩短到1m,爆震频率提高到36Hz的关键技术。

关键词:脉冲;爆震波;发动机;性能;模型试验R ecent Advances in N e w-Concept PulseDetonation Engine R esearchFan Wei,Yan Chuanjun,Huang Xiqiao,Zhang Qun,Zheng Longxi (Department of Aeroengine,Northwestern Polytechnical University,Xi’an　710072,China) Abstract:In this paper,the principle of a new-concept pulse detonation engine(PDE),its thermodynamic cycle,its advantages over conventional engines and its potential applications are broadly described;the research developments abroad are briefly reviewed and existing problems are analyzed.Moreover,the recent advances in explorative study on PDE by authors are presented:the formula for specific impulse is updated and a low-energy,single-stage initiation system is devel2 oped.Most importantly,the principle demonstration experiments of a two-phase PDE are success2 fully implemented,using poor detonable liquid C8H16/Air mixture.The obtained pressure ratio is very close to that of theoretical fully-developed C-J detonation which reveals that the fully-de2 veloped two-phase detonation wave is achieved in this study.In addition,the effects of the PDE geometry and detonation frequency on its performance are investigated experimentally.The study is focused on key technologies of shortening PDE length and increasing detonation frequency,resulting in a stable operation with36Hz-frequency and less than1m length of PDE,which has made a stride toward practical PDE. K ey w ords:pulse;detonation wave;engine;performance;model test脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine,简称PDE)是一种利用周期性爆震波发出的冲量来产生推力的非稳态推进装置。

脉冲爆震发动机引射器的实验研究
脉冲爆震发动机引射器的实验研究
实验采用汽油为燃料,压缩空气为氧化剂,对多循环脉冲爆震发动机(PDE)引射器的性能参数进行了实验研究.研究的特性参数包括引射器的冲量、平均推力和引射空气量.实验结果表明引射系统可以利用排出爆震管的强激波所储存的能量使爆震管单独产生的平均推力增加,平均推力增益最高可达38%.爆震频率越高,引射空气量越大,当爆震频率为35 Hz时引射比达4.62.
作者：黄希桥严传俊范玮王治武郑龙席李牧 HUANG Xi-qiao YAN Chuan-jun FAN Wei WANG Zhi-wu ZHENG Long-xi Li Mu 作者单位：西北工业大学,动力与能源学院,西安,710072 刊名：机械科学与技术ISTIC PKU 英文刊名：MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2005 24(8) 分类号： V231.22 关键词：脉冲爆震发动机引射器平均推力实验研究。

浅谈脉冲爆震发动机及其军事应用前景徐博引言前几个月，乌克兰危机闹得沸沸扬扬。

据外媒报道，美军出动了代号“曙光女神”的超高声速战略侦察机对俄乌边境地区进行了侦查。

这款侦察机最高速度在高海拔至少8马赫，升限40,000米……看到这里，我大吃了一惊——这货把SR-71“黑鸟”甩出了几条街啊，当时我就有了一个巨大的疑惑，它到底用的是什么发动机，使它能飞出这样的数据。

后来我接触到了超燃冲压、脉冲爆震等一些高速高性能发动机，也了解到“曙光女神”用的就是脉冲爆震发动机，心中的疑惑逐渐解开了。

来到北理之后，魏志军教授给我们上了学科前沿，为我们讲了许多先进的推进方式，脉冲爆震发动机就在此列。

这更引发了我对脉冲爆震发动机浓厚的兴趣。

所以才有了这篇小论文。

在我探究的一开始，曾经认为脉冲爆震发动机就是二战德国使用的V-1导弹发动机的复活，但不久之后我发现我错了。

V-1用的叫脉动喷气发动机，它是喷气发动机的一种，在原地可以起动，构造简单，重量轻，造价便宜。

但它工作时，火焰是以亚声速传播的，燃烧室压力低、比冲小，只适于低速飞行（速度极限约为每小时640～800公里），飞行高度也有限，单向活门的工作寿命短，加上振动剧烈，燃油消耗率大等缺点，使得它的应用受到限制。

而脉冲爆震发动机基本上是一个全新的概念。

工作流程脉冲爆震发动机(PDE)是一种基于爆震燃烧的新概念发动机。

它结构简单，工作范围广，是一种有前途的先进推进技术。

关键问题为：在高速情况下燃料和空气的快速混合、点火和爆震燃烧的维持。

它由进气道、阀门、点火器、爆震室、喷管等组成。

基本工作循环步骤第一，爆震燃烧室充满可爆混合物，第二，在燃烧室的开口或闭口端激发爆震波；第三，爆震波在燃烧室内传播，并在开口端排出；第四，燃烧产物通过一个清空过程从燃烧室中排出。

首先空气通过进气口进入爆震室，然后关闭阀门，使用点火器直接起爆，爆震波以2000m/s的速度向后传播。

由于爆震室中的压力大于环境压力，所以在推力壁上产生推力。

收稿日期:2005-06-09基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(50336030/E0604)作者简介:郑龙席(1970—),男,陕西省西安市人,副教授,博士,主要研究方向为航空发动机结构、强度、振动。

脉冲爆震发动机推力测试方法分析与比较郑龙席,严传俊,范　玮,李　牧,王治武(西北工业大学动力与能源学院,陕西西安　710072)摘要:针对脉冲爆震发动机瞬时推力、平均推力测量问题,介绍了直接测量法和间接测量法(包括推力壁压力曲线积分法和抛物摆法)的测量原理及系统构成。

分析指出各种测量方法的优缺点及适用范围。

提出了弹簧-质量-阻尼系统法,设计了基于该方法的推力测试台架系统,应用该方法对一50mm 内径脉冲爆震发动机的推力进行了测量,得到了合理的结果。

对基于不同方法的推力测试台架的结构设计及系统组成提出了建议。

关键词:脉冲爆震发动机;推力;测量中图分类号:V231.22 文献标识码:A 文章编号:1000-8829(2006)04-0037-05Ana l ysis and Co mpar ison of Pulse D etonati on Engi ne ThrustM easuri ngM ethodsZHENG Long -xi 牞YAN Chuan -jun 牞FAN W ei 牞L IM u 牞WANG Zhi -wu牗Schoo l o f Engine and Energy 牞N or t h w est P oly t echn i ca l Un i ve rsit y 牞X i an 710072牞China 牘Abst ract 牶T r ansient and average thr ust ar e t w o i m portant perfo r m ance para m eters of pu lse de tonation eng i n e .The principle and syste m str uctur e o f dir ec tm easure m ent m ethod and ind irect m easu r e m en tm e t h ods 牗incl u -d i n g thrustw all pr essu r e integ ralm e t h od and ba llistic pendu l u m m ethod 牘ar e intr oduced .A ne w thrustm easur -i n g m e t h od o f spri n g -m ass -da mper syst e m is developed .A testing stand based on t h e m e t h od is built up .U sing t h e syste m 牞t h e t h r ust of a m ode l pu lse de t o na tion eng ine w ith 50mm inner dia m e ter is m easu r ed 牞and the r e -su lt is re liab le .Based on analyzing o f advantages and d isadvantages o f eve r y m ethod 牞its using reg ion and so m e suggestions on t h r ust test stand design are put for w a r d .K ey w ords 牶pu lse detonation eng i n e 牷t h r ust 牷m easure m ent 脉冲爆震发动机是利用间歇式爆震波所产生的高温、高压燃气来产生推力的新概念发动机。

[摘要] 近10年来，脉冲爆震作为一项具有研究和应用潜力的新技术，成为国外航空发动机燃烧室研究的一个焦点。

脉冲爆震发动机因为其结构简单、推重比高和推进效率高的理论性能以及较低的耗油率等优点，其脉冲爆震技术被研究应用在涡轮发动机燃烧室上，其中一些研究方案已经进行了试验验证，在未来有很大的应用潜力。

本文综述了脉冲爆震技术在涡轮机上作为加力燃烧室应用的原理、优势以及进展、关键技术。

关键词：脉冲爆震燃烧室涡轮发动机[ABSTRACT] In the past decade, pulse detonation as a new technology which has research and application potentials has become a focus for aeroengine combustion study in abroad. Pulse detonation technology is applied to the combustion of turbine engine because its advantages such as simple construction, high thrust and weight ratio and propulsive efficiency, high theoretical performance and low specific fuel consumption. Some of the research concepts are experimentally demonstrated and have great application potentials in future. The principles, advantages, progress and critical technologies of pulse detonation technology is reviewed while it’s applied as pulse detonation combustor or pulse detonation afterburner on turbine engine.Keywords: Pulse detonation Combustion Tur-bine engineDOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.15.113脉冲爆震发动机（PDE）的研究已经有近80年的历史，其技术已经得到了较充分的试验验证，研究发展日趋成熟。

专利名称：一种用于多管脉冲爆震燃烧室的自适应低压燃油分配器
专利类型：发明专利
发明人：郑龙席,谭汶昊,王凌羿
申请号：CN202010538368.9
申请日：20200612
公开号：CN111720217A
公开日：
20200929
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明一种用于多管脉冲爆震燃烧室的自适应低压燃油分配器，属于航空发动机领域；包括低压分油腔、燃油支路和稳压段，低压分油腔顶部中央设置有燃油进口，底部等间距设置多个燃油出口；多个稳压段均通过燃油支路与低压分油腔的燃油出口一一对应连通；稳压段沿中心轴开有台阶通孔作为流道，台阶通孔两端的直径大于中部的直径，位于中部的一段称为薄壁小孔；薄壁小孔的直径为爆震燃烧室当量直径的0.010～0.025倍，其轴向长度为其直径的1～4倍。

通过低压分油腔的稳压、稳压段薄壁小孔的节流，有效提高分配器在自适应供油情况下各燃油支路燃油流量均匀性，减小燃油支路因爆震燃烧室内燃气压力波动引起的燃油倒流，降低分油腔内压力脉动，减小燃油支路间互相干扰。

申请人：西北工业大学
地址：710072 陕西省西安市友谊西路127号
国籍：CN
代理机构：西北工业大学专利中心
代理人：云燕春
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收稿日期：2022-11-02基金项目：中央高校基本科研业务费（G2021KY0601）资助作者简介：傅超（1990），男，博士，教授。

引用格式：傅超，王福斌，郑龙席，等.脉冲爆震涡轮发动机转子系统优化设计[J].航空发动机，2023，49（2）：13-18.FU Chao ，WANG Fubin ，ZHENG Longxi ，et al.Design optimization of rotor system in pulse detonation turbine engine[J].Aeroengine ，2023，49（2）：13-18.脉冲爆震涡轮发动机转子系统优化设计傅超1，王福斌2，郑龙席2，路宽1，郑召利3（西北工业大学智能飞行器结构强度与设计研究所1，动力与能源学院2：西安710072；3.武汉第二船舶设计研究所热能动力技术重点实验室，武汉430205）摘要：为研制某脉冲爆震涡轮发动机样机，根据总体设计要求设计了相应的空心轴转子-轴承结构系统。

基于有限元法建立了该转子系统的理论分析模型，采用数值积分方法开展了考虑脉冲爆震非定常周期气动载荷作用的转子系统动力学特性计算。

将在临界转速处转子的振动幅值最小化作为优化目标，以转子系统各阶临界转速与发动机慢车转速及工作转速之间的裕度作为约束条件，结合转子强度的相关要求，基于NSGA-II 多目标优化算法对转子系统的支承位置、刚度及转子结构的几何参数进行了优化设计。

结果表明：优化后的转子-轴承系统满足总体设计要求，临界转速与工作转速之间的裕度超过20%，且保证了前3阶临界转速对应的振动幅值最小化。

研究方法和结果可为脉冲爆震涡轮发动机转子系统结构设计和优化提供参考。

关键词：脉冲爆震；转子系统；气动载荷；非定常激励；优化设计；涡轮发动机中图分类号：V231文献标识码：Adoi ：10.13477/ki.aeroengine.2023.02.002Design Optimization of Rotor System in Pulse Detonation Turbine EngineFU Chao 1，WANG Fu-bin 2，ZHENG Long-xi 2，LU Kuan 1，ZHENG Zhao-li 3（Institute of Structural Strength and Design of Intelligent Aircraft 1，School of Power and Energy 2，Northwestern Poly-technical Universi⁃ty ：Xi ’an 710072，China ；3.Science and Technology on Thermal Energy and Power Laboratory ，Wuhan Second Ship Design &Research Institute ，Wuhan 430205，China ）Abstract ：In order to develop a Pulse Detonation Turbine Engine （PDTE ）prototype ，a hollow-shaft rotor-bearing structural system was designed based on the overall design requirements.The finite element method was employed to model the rotor system and the numeri⁃cal integration method was used to investigate the dynamic characteristics of the system under cyclic unsteady aerodynamic loads caused by pulse detonations.By taking the minimization of vibration amplitude of the rotor at critical speed as the optimization objective ，treating the margins between the critical speed of the rotor system and the engine idle speed and the working speed as the constraints ，and taking rele⁃vant strength requirements into account ，the support position ，stiffness and geometrical parameters of the rotor system were optimizedbased on the NSGA-II multi-objective optimization algorithm.The results show that the optimized rotor-bearing system satisfies the over⁃all requirements ，the margins between the critical speeds and working speeds are over 20%，and the vibration amplitudes corresponding to the first three critical speeds are minimized.The methods and results of the present study can provide references for the structural design and optimization of the rotor system of pulse detonation turbine engines.Key words ：pulse detonation ；rotor system ；aerodynamic loads ；unsteady excitation ；design optimization ；turbine engine航空发动机Aeroengine0引言近年来，脉冲爆震燃烧设计的涡轮发动机（PulseDetonation Turbine Engine ，PDTE ）因其循环热效率高、具有自增压的特点而受到了国内外航空工业相关研究人员的广泛关注[1-2]。

混合式脉冲爆震发动机原理性试验系统测控单元设计鲍冬梅;郑龙席;严传俊;胡正峰【摘要】介绍了混合式脉冲爆震发动机原理性试验系统及其测控单元,详细阐述了测控单元各分功能模块的硬件设计及基于PLC和触摸屏的测控与显示软件设计方法;集成该测控单元的软、硬件模块,并与混合式脉冲爆震发动机试验器联调;试验结果表明,该测控单元能够及时和准确地实现对混合式脉冲爆震发动机原理性试验流程的控制和工作参数的测量,具有操作方便,性能可靠的特点.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2010(018)001【总页数】3页(P113-115)【关键词】混合式脉冲爆震发动机;测控;PLC【作者】鲍冬梅;郑龙席;严传俊;胡正峰【作者单位】西北工业大学,动力与能源学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,动力与能源学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,动力与能源学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,动力与能源学院,陕西,西安,710072【正文语种】中文【中图分类】V231.220 引言混合式脉冲爆震发动机(Hybrid Pulse Detonation Engine,简称HPDE)就是用脉冲爆震燃烧室(Pulse Detonation Combustor,简称PDC)来代替其他类型航空发动机燃烧室的发动机[1]。

由于爆震循环具有可增压(可燃混气燃烧后平均总压可增大近6倍)和热效率高(当飞行马赫数小于10时,理想爆震循环总是比理想等压循环的热效率高)的特点,采用PDC取代基于等压燃烧的涡扇发动机高压核心机部分具有简化发动机结构、减轻重量、提高效率、增加推重比和降低耗油率等优点[2-3]。

目前,国外已经开始针对HPDE的原理性探索研究,包括PDC驱动下涡轮效率的问题,爆震波与涡轮的相互作用等问题。

美国德克萨斯州大学阿灵顿分校将脉冲爆震发动机和涡轮与压气机的混合系统在发电领域的应用进行了研究[4],实验证明了该混合系统驱动发电机的可行性。

脉冲爆震外涵加力涡扇发动机总体性能研究
彭辰旭;郑龙席;卢杰;罗振坤;张佳博
【期刊名称】《西北工业大学学报》
【年(卷),期】2024(42)1
【摘要】为研究外涵装有脉冲爆震燃烧室(PDC)的混合排气涡扇发动机性能,建立其性能模型。

研究了隔离段总压恢复系数和外涵循环参数对PDC特性和整机性能的影响;分析了发动机性能参数对部件参数的敏感性;在相同设计循环参数下与传统加力涡扇发动机性能进行了对比。

结果表明:提高隔离段总压恢复系数能够增大PDC增压比,提升发动机性能;风扇压比一定,涵道比增大,发动机耗油率和单位推力增大;风扇压比增大,涵道比在0.2~0.4时,单位推力先增大后减小,涵道比在0.4~0.5时,单位推力先增大后基本不变,涵道比在0.5~0.9时,单位推力一直增大,但增幅逐渐减小。

不同涵道比下耗油率随风扇压比增大一直减小;发动机性能对直接影响外涵气流状态参数的部件参数敏感性高;由于PDC的增压特性,脉冲爆震外涵加力发动机仅利用外涵部分气流组织燃烧就可使单位推力与传统加力涡扇发动机相当,且耗油率在设计点降低27.7%,非设计点降低12.8%~26.8%。

【总页数】8页(P149-156)
【作者】彭辰旭;郑龙席;卢杰;罗振坤;张佳博
【作者单位】西北工业大学动力与能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】V231.2
【相关文献】
1.外涵装有脉冲爆震加力燃烧室的涡扇发动机热力性能分析
2.爆震管结构对脉冲爆震发动机性能影响研究
3.涡扇-脉冲爆震组合发动机内外涵掺混器研究
4.采用脉冲爆震外涵加力燃烧室的涡扇发动机性能研究
5.脉冲爆震外涵加力分排涡扇发动机性能分析
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