解析理想脉冲爆震发动机过程

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脉冲爆震发动机(PDE)是利用脉冲爆震波产生的周期性冲量的非定常推进系统。根据是否采用大气作为工质，它可以分为吸气式脉冲爆震发动机和火箭式脉冲爆震发动机(Pulse DetonationRocket Engine，简称PDRE)。脉冲爆震发动机与常规发动机的区别有两点：非定常工作和爆震过程。必须指出：PDE的概念与众所周知的脉动发动机，如第二次世界大战期间使用的德国V-l“嗡嗡炸弹”不同，脉动发动机是非定常发动机，但它使用了缓燃模式。     脉冲爆震发动机循环过程     典型的脉冲爆震发动机循环包括以下几个基本过程：爆震波的起始，爆震波的传播，燃烧产物的捧出或排气过程以及新鲜反应物的填充过程。脉冲爆震发动机的循环过程，该发动机是一个等面积直管，阀门位于头部。循环从填充压力为p1的反应物开始，然后关闭阀门，用位于封闭端附近的点火源直接起爆或通过缓燃向爆震转变(Deflagration Io DetonationTransition，简称DDT)起爆。爆震波以2000 m/s左右的爆震波速向开口端传去。在爆震波后是从封闭端发出的Taylor膨胀波扇，以满足封闭端速度为零的条件。Taylor膨胀波波尾以当地声速(约1 000m/s)向开口端传去。在封闭端与Taylor膨胀波波尾之间是均匀区。Taylor膨胀渡将爆震波C-J的压力P2降低到均匀区中相对较低的水平。这个压力通常称为平台压力，它仍比环境压力大得多，因此在封闭端产生推力。     当爆震波传出爆震室出口时，由于该处压力远大于环境压力，因此产生一组膨胀渡反向传进爆震室，进一步降低爆震室的压力，使排气过程得以开始。膨胀波到达封闭端反射为另一组膨胀波向下游开口端传去。非定常排气过程是由在开口端和封闭端交替产生的一系列压缩波和膨胀波组成的，当爆震室中的压力降低到环境压力水平时，排气过程结束。     当排气过程结束时，阀门打开，让新鲜反应物填充人爆震室。阀门打开时应控制新的反应物不排出爆震室，避免浪费。这就要求下一个循环的爆震波在爆震室某个地方，通常在出口能赶上反应物。在填充过程完成后，阀门关闭，开始下一个循环。     在更实际的循环中，是封闭端的压力减低到某一个水平，而不是环境压力，填充过程开始，从而避免排气后期在封闭端产生很低的压力，造成负推力。此外，靠近封闭端的燃烧产物温度仍很高，当新鲜反应物与其接触时立即燃烧，也就是过早点火．这种过早点火可能使发动机停止工作。因此，需要一种隔离过程，即在填充新鲜反应物前，填充少量惰性气体或冷空气以防止过早点火。