脈沖震爆發(fā)動機(jī)的工作原理是什么？

脈沖爆震發(fā)動機(jī)的工作原理是將燃料與氧化劑混合并點(diǎn)燃引爆，只要兩次爆炸間隔時(shí)間足夠短，就能持續(xù)產(chǎn)生爆震波。

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。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(gè)“爆震管”激發(fā)產(chǎn)生爆震波。

其工作過程主要分為四個(gè)階段：

1. 進(jìn)氣過程：進(jìn)氣閥門開啟，可燃混氣填充爆震管，常與掃氣過程同時(shí)進(jìn)行。

2. 爆震波的形成與傳播：進(jìn)氣結(jié)束后在封閉端點(diǎn)火，典型的采用緩燃向爆震轉(zhuǎn)捩方式觸發(fā)爆震波。

3. 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(shí)高溫高壓燃?xì)鈴拈_口端排出。

4. 掃氣過程：防止下一循環(huán)中新鮮混氣與高溫殘留燃?xì)饨佑|自燃，可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(shí)進(jìn)行。

與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)相比，脈沖爆震發(fā)動機(jī)具有很多優(yōu)勢。比如推重比高，單位體積的發(fā)動機(jī)推力大，不需要壓氣機(jī)、渦輪等部件，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)，能在較寬的速度、高度范圍內(nèi)工作。熵增低，熱力學(xué)效率高。

但脈沖爆震發(fā)動機(jī)要投入實(shí)際應(yīng)用還面臨諸多技術(shù)難題。例如爆震的起爆、控制和保持，高頻觸發(fā)與起爆困難，起爆和保持在實(shí)際尺寸推力管中不易，且過去的研究數(shù)據(jù)與實(shí)際多次爆震情況差異大，工作頻率達(dá)到 100Hz 以上才有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，但過去試驗(yàn)多在低頻下進(jìn)行。燃料與氧化劑的選擇、噴射與摻混也是難題，要精心選擇燃料滿足特殊性能要求，噴射、摻混和點(diǎn)火面臨關(guān)鍵挑戰(zhàn)。還有 PDE 輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)困難，多個(gè)爆震室并聯(lián)產(chǎn)生推力時(shí)，進(jìn)氣道設(shè)計(jì)困難，還需設(shè)計(jì)多個(gè)系統(tǒng)部件。脈沖爆震間歇式燃燒方式與供油、供氣、排氣之間的匹配也很關(guān)鍵，匹配好壞影響發(fā)動機(jī)工作和性能。此外，計(jì)算機(jī)仿真及熱力循環(huán)分析缺乏可靠模擬計(jì)算方法，飛行器整體性方面，要解決強(qiáng)振動環(huán)境下與飛行器及其他設(shè)備的兼容性問題。