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“膏体推进剂脉冲火箭发动机新方案的理论和实验研究（集锦）”嘿，各位科技探险家们，今天咱们要聊的可不是一个简单的项目，而是关于未来航天领域的突破性技术——膏体推进剂脉冲火箭发动机。
别看这名字听起来有点复杂，其实它里面的奥秘和创意，咱们这就一探究竟。
咱们得明白，火箭发动机是航天器的动力源泉。
传统的火箭推进剂虽然已经很成熟，但总有改进的空间。
膏体推进剂，听着是不是有点耳熟？没错，它就是介于固体和液体推进剂之间的新型材料。
这东西的好处就在于，它既有固体推进剂的稳定性，又有液体推进剂的灵活性和可控性。
一、理论构想那么，我们的新方案从哪里出发呢？是理论构想。
我们设想，通过膏体推进剂的脉冲式喷射，来实现更高效、更稳定的火箭推进。
这个理论的核心，就是“脉冲”。
咱们不像传统火箭那样持续燃烧，而是通过精确控制推进剂的喷射频率和强度，来实现高效推进。
具体来说，我们设计了一种新型的膏体推进剂，这种推进剂在燃烧过程中会产生大量的气体，从而形成脉冲式的喷射。
这样一来，火箭的推力就可以在短时间内迅速增加，然后再迅速降低，形成一个连续的脉冲推力。
二、实验研究有了理论，当然得验证一下。
我们团队的实验研究，主要集中在两个方面：推进剂的性能测试和脉冲火箭发动机的模拟试验。
在推进剂性能测试方面，我们对膏体推进剂的燃烧特性进行了深入研究。
通过一系列的实验，我们发现这种推进剂的燃烧速度和燃烧效率都相当不错。
更重要的是，它的燃烧过程非常稳定，不容易产生爆炸等危险情况。
我们进行了脉冲火箭发动机的模拟试验。
这个试验的目的是验证我们的理论构想是否可行。
通过模拟，我们发现，当推进剂的喷射频率和强度达到一定的数值时，火箭的推力确实可以实现脉冲式的变化。
而且，这种变化非常稳定，不会对火箭的飞行轨迹造成太大影响。
三、创新点1.新型膏体推进剂的设计。
这种推进剂既有固体推进剂的稳定性，又有液体推进剂的灵活性和可控性。
2.脉冲式喷射技术的引入。
通过脉冲式喷射，实现了火箭推力的快速变化，提高了推进效率。
脉冲爆震发动机原理及关键技术
脉冲爆震发动机是一种新型发动机，原理是通过电火花引发爆炸，产生高温高压的气体，形成强烈的冲击波和热气流，从而推动发动机叶片，产生推力。
这一过程中，使用的是超燃冲压发动机的技术。
相比于传统的喷气发动机，脉冲爆震发动机具有高推力、高效率和低成本的优点。
脉冲爆震发动机的关键技术主要包括：
1. 爆震发生器：爆震发生器是脉冲爆震发动机的核心部件，其作用是将电火花引发的爆炸，转换为推力。
因此，需要采用先进的材料和制造工艺，以提高爆震发生器的效率和寿命。
2. 喷嘴设计：脉冲爆震发动机的喷嘴设计非常重要，因为它决定了爆炸产生的冲击波和热气流的方向和大小。
需要根据具体的飞行任务和发动机性能要求，进行精心设计和优化。
3. 燃烧控制：脉冲爆震发动机的燃烧过程非常复杂，需要通过控制爆炸的发生和强度，来实现发动机的稳定运行。
因此，需要开发先进的燃烧控制技术，以实现精确控制。
4. 涡轮设计：脉冲爆震发动机的涡轮设计需要考虑到冲击波和热气流对发动机的影响，以保证发动机的正常运行。
因此，需要采用先进的涡轮材料和设计技术，以提高涡轮的寿命和效率。
5. 监测与控制：脉冲爆震发动机需要实时监测其运行状态，并根据需要进行控制和调整。
因此，需要开发先进的监测与控制技术，以实现精确控制。
总的来说，脉冲爆震发动机是一种具有很大潜力的新型发动机技术，其原理和关键技术需要不断的研究和发展，以满足不断变化的航空航天、民用、军事和空间探索等领域的需求。
脉冲爆震发动机原理
脉冲爆震发动机是一种新型的内燃机，其工作原理与传统的往复式发动机有很大的不同。
脉冲爆震发动机利用爆震波的传播和作用来推动活塞运动，从而实现能量转换和动力输出。
下面我们将详细介绍脉冲爆震发动机的工作原理。
首先，脉冲爆震发动机的工作原理基于爆震波的传播和作用。
当混合气体在燃烧室内被点火后，燃烧产生的高温高压气体将在极短的时间内形成爆震波。
这个爆震波会迅速向燃烧室内的所有方向传播，并在传播过程中产生巨大的压力。
这种爆震波的传播和作用将推动活塞做往复运动，从而驱动发动机的工作。
其次，脉冲爆震发动机利用爆震波的传播和作用来推动活塞运动。
在传统的往复式发动机中，活塞的运动是由曲轴通过连杆机构来实现的，而脉冲爆震发动机则是通过爆震波的传播和作用来直接推动活塞运动。
这种直接推动的方式能够更有效地将燃烧产生的能量转化为机械能，提高发动机的效率和动力输出。
此外，脉冲爆震发动机的工作原理还包括对爆震波的控制和调节。
通过合理设计燃烧室结构和点火系统，可以控制爆震波的传播速度和方向，从而实现对活塞运动的精准控制。
这种精准控制能够使发动机在不同工况下实现最佳的燃烧效率和动力输出，提高整个系统的性能和稳定性。
总的来说，脉冲爆震发动机的工作原理是基于爆震波的传播和作用来推动活塞运动，通过对爆震波的控制和调节实现对发动机工作的精准控制。
这种工作原理使脉冲爆震发动机具有高效、高功率、低排放的特点，是内燃机领域的一项重要技术创新。
随着对脉冲爆震发动机工作原理的深入研究和应用，相信它将在未来成为内燃机领域的重要发展方向，为汽车和航空航天等领域的发展提供更加高效和可靠的动力系统。
中国脉冲爆震发动机工作原理
中国脉冲爆震发动机是一种新型的高效能发动机，采用了脉冲爆震推
进技术，具有简单、轻便、高速、高效等特点，被广泛应用于无人机、导弹等领域。
该发动机的工作原理是利用高压燃气对工作液体进行压缩，使工作液
体发生爆震现象，产生高速气浪，驱动发动机工作。
其主要构成部分
包括压缩机、点火器和爆震室。
首先，空气和燃料通过压缩机进行混合后进入爆震室，点火器产生火
花引燃燃料混合气体，在高压下形成爆震，在爆震的冲击下，工作液
体产生高速气浪，驱动液体流动，发生动力输出。
同时，发动机的排
气系统通过控制气体流动方向和速度，使剩余气体重新进入压缩机，
形成循环利用。
该发动机工作的能量源自高压燃气对工作液体的压缩，因此，发动机
的压力容器和燃烧室等部件都需要采用高强度材料，以保证其安全性
和稳定性。
此外，发动机的点火系统也需要采用高可靠性的装置，确
保点火信号的稳定和持续。
总之，中国脉冲爆震发动机是一种具有很高科技含量的新型动力装置，
其独特的工作原理和高效的性能，使其成为未来科技发展的重要方向之一。
虽然目前这种发动机的应用范围还较窄，但随着技术的不断提高和应用领域的拓宽，相信它将会在未来发挥更为重要的作用。
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。
脉冲爆震发动机原理
脉冲爆震发动机是一种新型的内燃机，它采用了电磁脉冲装置来实现燃烧过程的控制。
传统的内燃机燃烧过程是通过燃料与空气的混合来产生爆震，将能量转化为机械能驱动汽缸。
而脉冲爆震发动机则是通过电磁脉冲装置来控制燃烧过程。
脉冲爆震发动机的基本原理如下：首先，燃料和空气通过进气道混合后被压缩，形成压缩混合气体。
然后，电磁脉冲装置发出脉冲电磁波，将气体中的电荷体系重新分布，使其具有高度秩序性的状态。
当电磁脉冲波通过气体时，它会产生局部的爆震效应。
这个局部爆震效应会引发气体中的爆震反应，将一部分燃料和空气瞬间燃烧掉。
这种局部爆震效应会像火焰形成的波浪一样传播，使得整个混合气体发生爆燃。
脉冲爆震发动机的特点是能够实现高效率的燃烧过程，减少能量损失。
它的燃烧效率比传统的内燃机要高，可以实现更低的油耗和更高的动力输出。
此外，脉冲爆震发动机还具有自适应控制能力，可以根据不同的工况和负载要求，精确地调节燃烧过程，实现最佳的能量转化效率。
总之，脉冲爆震发动机通过应用电磁脉冲装置来控制燃烧过程，
实现高效率的能量转化。
它具有燃烧效率高、油耗低和动力输出大的优点，被认为是内燃机领域的一项重大突破。
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)0520450204An experimental study for pulse detonation rocket engineLI 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 LOGYOct12004Vol125 No15Ξ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@vip1sina1comFig.1 Pulse detonation rocket engine component overview[1] PDRE工作循环由以下7个过程构成:(1)阀门打开,燃料2氧化剂混合物填充爆震室;(2)阀门关闭,封闭爆震室前端;(3)在爆震室封闭端点火;(4)爆燃波转变为爆震波并向开口端传播;(5)爆震波从开口端传出,膨胀波在开口端产生;(6)膨胀波向封闭端传播,排出爆震产物;(7)爆震室内压力降到填充水平,准备重新填充。
2 煤油Π氧气爆震燃烧试验研究因为煤油作为常温推进剂,使用方便、安全性好、无毒,价格便宜,而且煤油Π氧气组合密度比冲高,因此在研制先进的PDRE时,首选煤油作燃料。
本研究针对PDRE的需要,以煤油为燃料,氧气为氧化剂,在脉冲爆震火箭发动机模型试验装置上进行了爆震燃烧实验研究,并考察了稀释剂对PDRE 性能的影响。
本研究分别采用氧气和压缩空气作为氧化剂,进行了脉冲爆震波试验。
试验装置如图2所示。
它是由氧化剂供给系统、挤压式煤油供给系统、爆震管、爆震起爆及频率控制系统、压力测试系统等组成。
爆震管内径30mm,长度314m,传感器距推力壁215m,混合室长30cm,在其出口用火花塞点火,采用直射式喷嘴,煤油供给压力为014MPa。
利用压电晶体压力传感器来测量沿爆震室各轴向位置的爆震波的压力。
(1)煤油Π氧气的爆震波试验结果和分析采用煤油Π氧气为推进剂,进行了爆震波试验,测量了不同当量比下的爆震波后压力。
当量比为018和113时的压力波形分别如图3(a),(b)所示。
并且,Fig.2 Schem atic of the experimental arrangement12Fuel supply;22Oxidizer supply;32Fuel flowmeter;42Oxidizer flowmeter;52M ixing chamber;62Detonation chamber;72S park plug;82Initiation frequency controller;92Data acquisition and processing system;102Pressuretransducers;112Thrust wall在各当量比下,将实验测得的爆震波后压力与采用商业软件CE A计算的理论值进行了对比,比较图示于图4中。
由图3和4可见,采用煤油Π氧气混合物作为推进剂,能产生充分发展的爆震波,在各当量比下,实验值和理论值较为符合。
高的增压比在富油一侧达到,这与性能分析结果一致。
通过煤油Π氧气的爆震试验,说明采用煤油作PDRE的燃料是可行的。
同时,试验表明煤油Π氧气的可爆性强,极易早熟,产生连续燃烧。
故应在每次爆震间隙加隔离气体,即在再次填充氧气Π燃料之前填充一定量的惰性隔离气体,以防止高温的爆震产物提前引燃新鲜混气。
154第25卷 第5期脉冲爆震火箭发动机的原理性试验Fig.3Pressure traces at equivalence ration0.8and1.3Fig.4 Comp arison betw een measurement andcomputation for peak pressure (2)含有稀释剂的煤油Π氧气的爆震波试验在实际PDRE的使用过程中,有时需要改变推力的大小,而改变氧化剂成分是控制PDRE推力的方法之一。
为了探索氧化剂中含有惰性气体成分对爆震波特性的影响,本研究还进行了含有79%的氮气的空气Π煤油的爆震波试验。
目前国外采用煤油Π氧气成功产生爆震波的报道较多,而充入惰性气体后的成功的试验结果很少,其原因是采用后者的难度大得多。
从这两种混合物的爆震性来分析,根据参考文献[7],煤油Π氧气产生爆震波的胞格尺寸仅为煤油Π空气的1Π27,由爆燃向爆震的转变时间也仅是煤油Π空气的1Π14,并且从起爆能量来说,氧气混合物仅为空气混合物的1Π1000,说明煤油Π氧气比煤油Π空气要活泼得多,爆震性要强得多,这点也可以从参考文献[8]中得到佐证:美国海军研究生院用J P10Π氧气很容易获得爆震波,但得到的J P10Π空气混合物的爆震波后峰值压力为80psi,约为015MPa,并未形成充分发展的爆震波。
含有惰性气体的混合物可爆性较差,很难用一步起爆法产生充分发展的C2J爆震。
在脉冲爆震火箭发动机模型试验中,起初只能产生很弱的爆震波,虽然声音很大,但产生的压力却远远低于充分发展的爆震波压力。
大部分试验工作花在解决起爆问题以及得到稳定的爆震波上。
为了得到充分发展的C2J爆震,进行了强化爆震的各种实验尝试。
试验发现,同时采用在爆震室内加装强化爆震装置[9]和对供给的压缩空气和煤油进行预热,有利于形成爆震。
通过艰苦的努力,最终我们成功地实现了采用低的点火能量(50m J)、在较短的距离、一步起爆煤油Π空气两相混合物,获得了充分发展的C2 J爆震波。
图5表示采用50m J的起爆能量,煤油Π空气推进剂被加热到60℃左右时,在当量比为1时,起爆频率分别为6H z,8H z,10H z的爆震波后压力波形。
由图5 (a),(b),(c)这些结果可见,以含有惰性气体的煤油Π空气作推进剂的脉冲爆震火箭发动机试验模型工作稳定、可靠,图5(d)所示的波形放大图显示,这是一个典型的爆震波波形,上升沿是微秒级。
由图5(a)可见,最大峰值压力达到2MPa,平均峰值压力为117565MPa;利用商用计算程序ST AN JAN,计算得到的气相煤油(分子式取为C10H22)Π空气混合物的理想C2 J爆震波后压力为1.9297MPa。
考虑推进剂的两相影响会使压力降低10%～20%,说明采用煤油Π空气也成功地产生了充分发展的C2J爆震。
通过煤油Π空气的爆震波试验,可见稀释剂不仅会大大降低混合物的可爆性,而且产生的C2J爆震波的波后压力也会降低,可以用来调节PDRE的性能。
图6给出了计算得到的爆震波压力随稀释剂(氮气)含量的变化。
3 结 论脉冲爆震火箭发动机是一种利用脉冲式爆震波产生推力的新概念动力装置。
本研究进行的煤油Π氧254 推 进 技 术2004年Fig.5Pressures traces of detonation wave at frequency 6H z ,8H z and 10HzFig.6 Peak pressures of detonation w avevs.N 2m ass fraction气爆震波试验结果表明:采用煤油Π氧气可很容易地产生充分发展的爆震波,但爆震波易早熟,产生连续燃烧,需要在爆震产物和下一循环的新鲜混气间加入隔离气体;含有稀释剂的煤油Π空气试验结果表明:采用煤油Π空气作为推进剂,爆震性很差。
