Experimental investigations on the power extraction of a turbine driven by a pulse detonation combustor

In order to grasp the interaction mechanism between the pulse detonation combustor（PDC）and the turbine,the experimental work in this paper investigates the key factors on the power extraction of a turbocharger turbine driven by a PDC.A PDC consisting of an unvalved tube is integrated with a turbocharger turbine which has a nominal mass flow rate of 0.6 kg/s and50000 r/min.The PDC-turbine hybrid engine is operated on gasoline-air mixtures and runs for6＋min to achieve a thermal steady state,and then the engine performance is evaluated under different operating conditions.Results show that the momentum difference per unit area between the turbine inlet and outlet plays an important role in the power extraction,while the pressure peak of the detonation has little effect.The equivalence ratio of fuel and air mixture and the transition structure between PDC and turbine are also important to the power extraction of the turbine.The present work is promising as it suggests that the performance beneft of a PDC-turbine hybrid engine can be realized by increasing the momentum difference per unit area through the optimal design of transition section between the PDC and turbine.     

多爆震室串联热射流起爆实验研究

为消除现有脉冲爆震发动机对外部脉冲起爆装置的依赖并提高脉冲爆震燃烧室工作频率,提出了一种多个爆震室封闭串联的多管燃烧室方案,通过管间的射流传递实现爆震室内的快速短距离起爆.实验结果表明,多个爆震室间可以实现逐级射流起爆,并且可以实现快速起爆,起爆所需要的时间约为1.0~1.2ms,起爆距离约为500mm,远远小于火花塞直接点火时的结果.弱火焰射流可以通过逐级增强的方式最终在下游某个爆震单元内形成爆震波.单个爆震室内射流进入和射出的时间间隔可以达到1.2~1.5ms,大约需要8个爆震单元才可能实现爆震波的封闭串联传播.     

点火能量对脉冲爆震发动机性能的影响

针对以汽油-空气为推进剂的吸气式脉冲爆震发动机,研究了点火能量及工作频率对发动机点火-起爆时间和发动机推进性能的影响。结果显示,随着点火能量的提高,点火-起爆时间逐渐减小,脉冲爆震发动机平均推力逐渐增加。随着发动机工作频率的提高,点火-起爆时间也逐渐减小,发动机稳定工作的最佳油气当量比减小,发动机平均推力接近线性增加;但是点火能量对发动机点火-起爆时间的影响随着工作频率的提高而有所降低。     

模拟旋转内冷通道中压力测量的实验研究

在旋转内冷通道中,用压力传感器测量垂直于旋转轴的矩形管道充动气体的压力分布,实验结果表明：（１）在同一半径处,转速增加引起压差减少,（２）在转速较低时随着半径增大,压差减小,但转速较大,总的压差反而随着半径增大而增大,（３）流体管道中的扰流柱起着增另气流紊流的作用,导致压力损失增大,压降增大。     

旋转爆震发动机燃烧室壁面烧蚀热防护研究

为了研究碳化烧蚀材料对旋转爆震燃烧室的被动热防护作用效果,建立了旋转爆震燃烧室热环境计算模型和多层复合壁一维烧蚀热响应分析模型。基于旋转爆震燃烧过程的数值模拟,确定了沿燃烧室轴向的壁面平均温度与热流的分布特征;针对典型的壁面热负荷输入条件,采用动边界隐式差分格式,对碳化型烧蚀材料的烧蚀过程和传热过程进行了耦合计算,分析了碳化层剥蚀、热解热、热解气体质量流率、材料厚度等因素对燃烧室壁面热防护效果的影响。研究结果表明,旋转爆震燃烧室温度和热流密度分布不均匀,斜激波扫掠区域热负荷更为剧烈;碳化层剥蚀后会使烧蚀材料的烧蚀率增加,壁面温度迅速上升;增大热解热及热解气体质量流率都有利于延长工作时间、降低壁面温度; 旋转爆震燃烧室不同区域的烧蚀有一定差异,增加烧蚀材料厚度无疑有利于壁面热防护,但是在实际应用中应综合考虑壁面重量和空间尺寸。     

喷管结构形式对两级PDE性能的影响分析

为了研究喷管结构形式对两级 PDE 性能的影响及作用规律,以氢气和空气混合物为例,采用 FLUENT 软件中的 k-ε湍流模型,使用非平衡壁面函数、PISO 算法及基于梯度的动态自适应网格加密方法,对收敛、扩张、收扩等不同喷管结构形式的凹面腔内环形向心射流聚心碰撞产生激波会聚起爆爆震波的过程进行了数值模拟,并对两级脉冲爆震发动机产生的推力和冲量进行了计算。通过对不同时间点凹面腔产生的推力和冲量、喷管产生的推力和冲量、两级 PDE 总的推力和冲量三者之间的对比和分析,发现凹面腔产生的推力和冲量是两级 PDE 总的推力和冲量的主要来源,不同喷管结构形式对两级 PDE 推力和冲量性能的影响有较大的差别。以冲量为例,收敛喷管可以提高凹面腔的冲量,但是由于自身同时产生过多负的喷管冲量,因而总冲量较小;扩张喷管虽然对凹面腔冲量的提高作用不大,但是由于其自身可以提供正的喷管冲量,所以总冲量较大;收扩喷管的收敛段也可以较小幅度的提高凹面腔冲量,但同时产生的负喷管冲量会和扩张段产生的正喷管冲量发生抵消,使总的喷管冲量比较低,发动机总冲量也较小。综合考虑各方面因素,扩张喷管性能最优。可见在两级 PDE 喷管结构形式的选择上,要同时考虑凹面腔冲量和喷管冲量,权衡两者,才能选择出合适的喷管。     

激光诊断技术在脉冲爆震发动机研究中的应用

在美国海军研究生院及斯坦福大学的脉冲爆震发动机（PDE）模型上，应用两种新发展的二极管激光诊断技术－光吸收／高温辐射组合测定法和多路复合可调二极管激光（TDL）技术，测量了其中的温度、各燃烧产物组分等重要参数，并与传统方法所得结果进行对比，说明新方法可靠、准确，适合爆震燃烧流场这种特殊环境，测量精度更高，而且更加简便、快捷。     

多循环吸气式脉冲爆震发动机推力直接测量

1引言脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine,简称PDE)是利用间歇式爆震波产生的高温高压燃气来产生推力的新概念发动机。其燃烧过程为非定常过程。整个过程是间歇式的、周期性的,因而产生的推力是脉动的,PDE产生推力的方式和工作特点决定了其测量推力的方法与一般的涡喷发动     

模型与真实高氯酸铵/硝胺推进剂燃烧转爆轰的比较

详细地研究了硝胺炸药(RDX、HMX)对模型与真实高氯酸铵/硝胺推进剂DDT的影响。实验结果表明,硝胺炸药对上述两种推进剂的DDT具有不同的影响规律,作者分析了产生这种现象的原因。     

On the free-vibration of rotating composite beams using a higher-order shear formulation

The free vibration behavior of rotating blades modeled as laminated composite, hollow (single celled) boxed beams is investigated. To this end, geometrically nonlinear structural model incorporating a number of non- classical effects such as anisotropy, heterogeneity, transverse shear flexibility, and warping inhibition is developed. Centrifugal and Coriolis force field effects are also considered in the formulation. However, Coriolis effect is discarded during the solution process. It is assumed that in-plane cross-sectional distortion is negligible. In contrast to the existing structural blade models, the traction free boundary conditions on the external surfaces of the beam are identically satisfied. The linearized dynamical equations and numerical results addressing the problem of the free vibration are supplied. Results obtained for the present higher-order shearable model are compared with those of the existing first-order shearable and the non-shearable structural models. Tailoring studies using the present model reveal an enhancement of eigenfrequency characteristics.