第10卷第4期
2010年12月南京师范大学学报(工程技术版)ORMALUNIVERSITY(ENGINEERINGANDTECHNOLOGYJOURNALOFNANJINGNEDIV01．10No．4TION)Dec，2010
带收敛喷管脉冲爆轰发动机的性能分析
王研艳，翁春生
(南京理工大学瞬态物理国家重点实验室，江苏南京210094)
【摘要】为了研究带收敛喷管的脉冲爆轰发动机PDE(PulseDetonationEnsine)的推力性能，建立了一维欧拉方程，应用CE／
SE方法数值求解．计算分析发现，收敛喷管对脉冲爆轰发动机的内流场产生了重要影响；当喷管收敛角度小于80时，带收敛喷
管的脉冲爆轰发动机的冲量和平均推力比不带喷管时大；带小收敛角度喷管的PDE，其平均推力随喷管长度增加而增大；带大
收敛角度的PDE的平均推力随喷管长度增加先增大后减小．研究结果对PDE喷管的设计具有理论指导和参考作用．
[关键词】脉冲爆轰发动机，收敛喷管，收敛角度，喷管长度，发动机性能
[中图分类号]V231．3[文献标识码】A[文章编号]1672-1292(2010)04-0035-06
etonationEnginesAnalysisofPulseDWith
ofScienceDifferentozzlesConvergentNWangYanyan，WengChunsheng(NationalKeyLabofTransientPhysics，NanjingUniversityandTechnology，N州ing210094，China)
etonationAbstract：ToevaluatethepropulsiveperformanceofPulseDEngine(PDE)withdifferentconvergentnozzles，
simulationofseriesofnozzlesindi-theEularequationisbuiltandsolvedwithCE／SEmethod．Theresultsofnumerical
catethattheconvergent
onenozzleshaveansignificanteffectnozzleinaontheinternalflowfieldofPDE，andthatithPDEcomparedwawithoutnozzle．thewithconvergentanglelessthan80provideshigherimpulseandaveragethrust．For
toansmallerangleconvergent
whileforanozzle，theincreasinglengthofnozzleleadsaugmentationontheaveragethrustofPDE，iththeincreasingle．gth．Therefore，all陀-largerone，theaveragethrustincreasesfirstandthenreducesw
E．designofPDsuitshereprovidesomehelpfultheoryguideandreferenceforthenozzle
Keywords：pulsedetonation
EpulseofPD-engine，convergentnozzle，convergentnozzleangle，lengthofconvergentnozzles，theim
脉冲爆轰发动机是一种新概念的发动机．由于爆轰比燃烧的热效率更高，爆轰推进概念的研究近十几年来得到极大的重视，并取得了重要进展．而如其他发动机一样，发动机的轮廓尺寸、质量、材料、内部结构以及有效推力等，在很大程度上由发动机的组合装置的气动方案所确定．因此对发动机喷管的气动研究，以及其能让发动机增加多少推力，引起了不少学者的兴趣．一般来说，喷管是为了将前面装置中排出的气体所包含的热能，通过在尾喷管中继续膨胀转变为动能，以便获得尽可能大的推力，从而提高发动机的推进性能．而在PDE(PulseDetonationEngine)中，由于其脉冲爆轰过程的非定常性，喷管的设计也就不如其
Eidelman他发动机那样简单．有关PDE喷管国内外进行了大量数值模拟和实验研究01-5]．Shmueloij等人通
过数值模拟研究了带收敛、扩张、收敛扩张这3类喷管的脉冲爆轰发动机的性能．指出带收敛喷管的PDE的冲量比不带喷管的发动机的值要大．分析发现两种不同尺寸的收敛喷管中，同样面积比(喷管出口面积与入口面积之比)下，收敛角度较小，长度较长的收敛喷管提供了更大的冲量值．V．E．Tangirala嵋1等人研究了不同飞行马赫数下带收敛扩张喷管的PDE的性能，指出收敛扩张角度一定时，扩大出进口面积比可以适当增大发动机的燃料比冲，但不可能无限增大．王杰[41等人考虑了带收敛、扩张、以及收敛扩张喷管的PDE模型，分析了这3种不同喷管对发动机性能的影响．指出带一定角度收敛喷管的PDE的各性能参数比不带喷管时均有提高．范玮[51等人对3类10种不同类型的PDE尾喷管进行了实验研究，实验中分析收稿El期：2010-05—13．
基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金([1**********]037)．
通讯联系人：翁春生，教授，博士生导师，研究向：兵器发射与推进技术．E-mail：weng@njust．edu．clI
一35—
第10卷第4期
2010年12月南京师范大学学报(工程技术版)ORMALUNIVERSITY(ENGINEERINGANDTECHNOLOGYJOURNALOFNANJINGNEDIV01．10No．4TION)Dec，2010
带收敛喷管脉冲爆轰发动机的性能分析
王研艳，翁春生
(南京理工大学瞬态物理国家重点实验室，江苏南京210094)
【摘要】为了研究带收敛喷管的脉冲爆轰发动机PDE(PulseDetonationEnsine)的推力性能，建立了一维欧拉方程，应用CE／
SE方法数值求解．计算分析发现，收敛喷管对脉冲爆轰发动机的内流场产生了重要影响；当喷管收敛角度小于80时，带收敛喷
管的脉冲爆轰发动机的冲量和平均推力比不带喷管时大；带小收敛角度喷管的PDE，其平均推力随喷管长度增加而增大；带大
收敛角度的PDE的平均推力随喷管长度增加先增大后减小．研究结果对PDE喷管的设计具有理论指导和参考作用．
[关键词】脉冲爆轰发动机，收敛喷管，收敛角度，喷管长度，发动机性能
[中图分类号]V231．3[文献标识码】A[文章编号]1672-1292(2010)04-0035-06
etonationEnginesAnalysisofPulseDWith
ofScienceDifferentozzlesConvergentNWangYanyan，WengChunsheng(NationalKeyLabofTransientPhysics，NanjingUniversityandTechnology，N州ing210094，China)
etonationAbstract：ToevaluatethepropulsiveperformanceofPulseDEngine(PDE)withdifferentconvergentnozzles，
simulationofseriesofnozzlesindi-theEularequationisbuiltandsolvedwithCE／SEmethod．Theresultsofnumerical
catethattheconvergent
onenozzleshaveansignificanteffectnozzleinaontheinternalflowfieldofPDE，andthatithPDEcomparedwawithoutnozzle．thewithconvergentanglelessthan80provideshigherimpulseandaveragethrust．For
toansmallerangleconvergent
whileforanozzle，theincreasinglengthofnozzleleadsaugmentationontheaveragethrustofPDE，iththeincreasingle．gth．Therefore，all陀-largerone，theaveragethrustincreasesfirstandthenreducesw
E．designofPDsuitshereprovidesomehelpfultheoryguideandreferenceforthenozzle
Keywords：pulsedetonation
EpulseofPD-engine，convergentnozzle，convergentnozzleangle，lengthofconvergentnozzles，theim
脉冲爆轰发动机是一种新概念的发动机．由于爆轰比燃烧的热效率更高，爆轰推进概念的研究近十几年来得到极大的重视，并取得了重要进展．而如其他发动机一样，发动机的轮廓尺寸、质量、材料、内部结构以及有效推力等，在很大程度上由发动机的组合装置的气动方案所确定．因此对发动机喷管的气动研究，以及其能让发动机增加多少推力，引起了不少学者的兴趣．一般来说，喷管是为了将前面装置中排出的气体所包含的热能，通过在尾喷管中继续膨胀转变为动能，以便获得尽可能大的推力，从而提高发动机的推进性能．而在PDE(PulseDetonationEngine)中，由于其脉冲爆轰过程的非定常性，喷管的设计也就不如其
Eidelman他发动机那样简单．有关PDE喷管国内外进行了大量数值模拟和实验研究01-5]．Shmueloij等人通
过数值模拟研究了带收敛、扩张、收敛扩张这3类喷管的脉冲爆轰发动机的性能．指出带收敛喷管的PDE的冲量比不带喷管的发动机的值要大．分析发现两种不同尺寸的收敛喷管中，同样面积比(喷管出口面积与入口面积之比)下，收敛角度较小，长度较长的收敛喷管提供了更大的冲量值．V．E．Tangirala嵋1等人研究了不同飞行马赫数下带收敛扩张喷管的PDE的性能，指出收敛扩张角度一定时，扩大出进口面积比可以适当增大发动机的燃料比冲，但不可能无限增大．王杰[41等人考虑了带收敛、扩张、以及收敛扩张喷管的PDE模型，分析了这3种不同喷管对发动机性能的影响．指出带一定角度收敛喷管的PDE的各性能参数比不带喷管时均有提高．范玮[51等人对3类10种不同类型的PDE尾喷管进行了实验研究，实验中分析收稿El期：2010-05—13．
基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金([1**********]037)．
通讯联系人：翁春生，教授，博士生导师，研究向：兵器发射与推进技术．E-mail：weng@njust．edu．clI
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