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脈沖爆震發動機的技術難點

盡管PDE的概念在實驗室已得到了驗證,但還有以下技術問題需要解決:

(1)爆震的起爆、控制和保持

快速並可靠地起爆是使PDE獲得實用的最重要問題之壹,因為高的工作頻率和反復的點火次數是PDE正常工作的基本要求。利用爆燃向爆震轉變(DDT)過程是近期PDE研究的最佳方案。過去人們對起爆和爆燃向爆震轉變的研究多是在靜止氣體中進行的,並且大部分研究采用很長的激波管,與實際PDE長度不超過2米的條件不符。由於這些數據是在濃度均勻、無溫度梯度的混合物中單次爆震的結果,與多次爆震的情況幾乎完全不同。另外,實際PDE的工作頻率很高,混氣流速很快,低頻下的結果很難作為高頻下的設計依據。因此,要發展PDE,還必須進行大量試驗,解決起爆難題。包括起爆能量、DDT方法、DDT的強化、爆震從受限環境向非受限環境的過渡等。

(2)液體燃料與氧化劑的霧化、噴射、摻混

對於燃用液體燃料的PDE來說,燃料的噴射、摻混和點火相當困難。具有快速反應、高質量流率和有高度可控性的噴射系統對滿足PDE的高頻運行十分重要。噴射系統必須滿足成本、重量、體積和功率等方面的要求。因此,應研究與氣體和液體燃料噴射、摻混有關的物理、化學和熱力特性。

(3)PDE輔助系統的設計

實際應用的PDE應包括幾個爆震室,它們與***同的進氣道和噴管相連,而且實際應用PDE系統還包括增壓燃油儲存和供應系統、燃油/空氣噴射系統和起爆系統以及推進劑噴射系統。

作用於PDE爆震室末端的封閉壁(推力壁)上的爆震壓力使化學能轉化為動能。PDE需要起爆和流動控制的輔助動力系統,並且還可能包括用於特殊用途的動力提取系統。此外,PDE還需要設計快速動作、具有飛行重量的推進閥與燃料閥和控制系統部件,以及先進的燃燒控制系統、有效的進口與噴管、考慮系統特殊零件綜合設計方案。

(4)進口/爆震室接口的設計

由於爆震過程對化學計量、粒子液滴尺寸、當地混合度等非常敏感,因此最佳的進口/爆震室接口設計存在巨大的困難,因此需要研究PDE與混合壓縮超音速進氣口間高效壹體化的方法。

(5)高性能噴管的設計

(6)多個爆震管的動力耦合

由於推力不穩定,實際應用的PDE需要采用高頻(大於80赫茲)的多管結構,而多管爆震燃燒室間存在動力耦合的問題。

(7)冷卻問題

爆震波後熱燃氣的速度極高,引起管壁熱量的增加,因此必須采取高效的冷卻措施。

(8)爆震現象的精確理論分析

用真實化學模型和分子混合模型進行先進的數值模擬和多部件的爆震模擬,對深入了解爆震燃燒的機理非常重要。PDE的試驗技術與傳統發動機的不同,如需要采用激光測速技術對氣流進行測量等。

(9)混合PDE的設計

可利用涵道空氣、渦輪機械,可能需要主動噪聲抑制。

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