混合室结构对PDE平均推力影响研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编号：094158 混合室结构对PDE 平均推力影响研究 王治武，严传俊，郑龙席 （西北工业大学动力与能源学院，西安 710072 ） （Tel Email:malsoo@ ） 摘要：采用推力壁压力积分法和推力传感器直接测量法对采用3 种不同混合室结构的PDE 模型机在不 同频率下的平均推力特性进行试验研究。结果显示，在相同工况下,采用推力壁压力积分法得到的平均 推力比推力传感器直接测量值大。随着工作频率的提高，推力传感器测量值与推力壁压力积分值的比 值逐渐增加。现有试验工况下，各种混合室下的推力传感器测量值相差不大，混合室2 略大于混合室3， 而推力壁压力积分值有较大差异，混合室3 的推力壁压力积分值显著大于混合室1 和2 。 关键词：脉冲爆震发动机；平均推力；混合室 0 前言 脉冲爆震发动机（Pulse Detonation Engine ，简称PDE ）是一种利用间歇式或脉冲式 爆震波发出的冲量产生推力的非稳态推进装置。因为其结构简单、热循环效率高、工作 范围宽等优点，PDE 的应用与基础研究已成为世界各国的研究热点[1,2,3] 。平均推力是衡 量脉冲爆震发动机性能的一个重要指标。但是由于其高脉动性和非稳态特征使得对平均 推力的准确测量成为PDE研究过程中的难题。目前, 对PDE平均推力的测量有以下4种方 法: 一种是采用推力传感器, 对推力直接测量；另一种是单摆法测量PDE 的偏移量，再 换算为推力；第三种是采用加速度传感器, 测得PDE 的加速度, 然后计算求得推力；第 四种是在PDE推力壁处放置压力传感器, 测得此处的压力, 然后通过计算求得推力 [4~8] 。单摆法测量精度较高，但是不适用于多循环爆震；加速度传感器测量的是爆震产 物给PDE 的最直接的冲击力, 是不计阻力情况下的推力；推力壁压力积分法则忽略了障 碍物对PDE推力的贡献，不太适合于含障碍物PDE推力的测量。 文献[9]设计了4 种混合室结构，并基于多循环试验研究了各种混合室结构下的点火 和起爆性能。在此基础上，本文采用推力传感器对安装不同混合室结构的PDE 模型机在 不同频率下的瞬态推力进行了直接测量。同时测量了对应工况下模型机推力壁处的压力 变化，并通过推力壁压力积分法计算平均推力。对比两种方法获得的平均推力，研究混 合室结构对PDE 模型机平均推力的影响，得到了一些有用结论。 1 平均推力计算与测试方法 1.1 推力壁压力积分法 根据推力计算公式，需要确定以下几个重要参数来计算发动机的瞬时推力：压力变 基金项目： 国家自然科学基金重点资助项目），西北工业大学科技创新基金资助项目 （2008KJ02021 ），中国博士后基金资助项目（20080431252 ）。 化，质量流量和出口速度，以及作用在壁面和障碍物上的应力。但是脉冲爆震发动机出 口密度和出口速度不容易直接测量，因此选择图1 所示的控制体来计算发动机的瞬时推 力。其中P 为推力壁压力, P 为环境压力, P 为发动机出口截面压力。 1 2 3 图1 脉冲爆震发动机控制体 根据控制体的受力分析可以推出发动机的瞬时推力公式 F (P − P )A + ∑ ( PdA) + τdS + (P − P )A （1） 1 2 1 ∫ obstacles ∫ 3 2 3 其中P 为作用内部结构上的压力，τ 为作用在壁面和内部结构上的应力，S 为τ 的 obstacles 作用面积。式中第1 项为推力壁压力对推力的贡献,第2 、3 项代表壁面摩擦和内部结构 阻力,第4 项为作用在发动机横截面积上的力。由于发动机的壁厚较薄（不考虑喷管）， 所以常常