脈沖爆震發(fā)動機(jī)的工作原理是什么
脈沖爆震發(fā)動機(jī)是一種利用脈沖式爆震波產(chǎn)生推力的新概念發(fā)動機(jī)。它通常由進(jìn)氣裝置、爆震室、尾噴管、推力器、爆震起爆及頻率控制系統(tǒng)、燃料供給和噴射系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成。
其工作原理是這樣的:從爆震室前段噴入燃料,與從進(jìn)氣裝置進(jìn)入的空氣混合形成可爆混氣,通過靠近爆震室后端的各單個“爆震管”激發(fā)產(chǎn)生爆震波。
工作過程分為四個階段:首先是進(jìn)氣過程,進(jìn)氣閥門開啟,可燃混氣填充進(jìn)入爆震管,此階段常與掃氣過程同時進(jìn)行;接著是爆震波的形成與傳播,進(jìn)氣結(jié)束后在封閉端點(diǎn)火,采用緩燃向爆震轉(zhuǎn)捩的方式觸發(fā)爆震波;然后是膨脹與排氣過程,爆震波到達(dá)出口,燃燒產(chǎn)物壓力與環(huán)境大氣壓力不同產(chǎn)生稀疏波,同時高溫高壓燃?xì)鈴拈_口端排出;最后是掃氣過程,為防止下一循環(huán)中新鮮混氣與高溫殘留燃?xì)饨佑|自燃,會填充純空氣或惰性氣體吹除殘余燃?xì)猓瑢?shí)際工作中常與進(jìn)氣過程同時進(jìn)行。
脈沖爆震發(fā)動機(jī)具有諸多優(yōu)勢,比如推重比高,單位體積發(fā)動機(jī)推力大,不需要壓氣機(jī)和渦輪,結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低;循環(huán)熱效率高,燃料消耗率低,比沖高;工作范圍寬廣,推力可調(diào);熵增低,熱力學(xué)效率高。
不過,脈沖爆震發(fā)動機(jī)要投入實(shí)際應(yīng)用還面臨一些技術(shù)難點(diǎn)。比如爆震的起爆、控制和保持,高頻觸發(fā)與起爆是關(guān)鍵,要解決小點(diǎn)火能量下在液體燃料和空氣混合物高速流動中產(chǎn)生頻率可調(diào)爆震波的難題;燃料與氧化劑的選擇、噴射與摻混,要選擇合適燃料并解決噴射、摻混和點(diǎn)火難題;PDE 輔助系統(tǒng)的設(shè)計,多個爆震室并聯(lián)存在進(jìn)氣道設(shè)計困難等問題;脈沖爆震間歇式燃燒方式與供油、供氣、排氣的匹配要有效;計算機(jī)仿真及熱力循環(huán)分析,缺乏可靠模擬計算方法;飛行器整體性,要解決強(qiáng)振動環(huán)境下與飛行器及其設(shè)備的兼容性。