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爆轰起始对脉冲爆轰发动机推力的影响
摘要：
脉冲爆轰发动机是一种不同于传统发动机的燃气轮机类型。本文旨在研究爆轰起始对脉冲爆轰发动机推力的影响。首先简要介绍了脉冲爆轰发动机的工作原理和分类，然后分析了爆轰起始时发动机工作状态和爆轰参数对推力的影响，最后总结了影响推力的因素和改进方法。
关键词：脉冲爆轰发动机，爆轰起始，推力，爆轰参数
1.引言
脉冲爆轰发动机最早由俄罗斯科学家A.F.罗曼诺夫教授于20世纪50年代提出[1]，该发动机与其他燃气轮机的相比具有更高的推力、更高的燃烧效率和更低的燃料消耗，因此被广泛用于飞机、导弹和火箭等领域[2]。由于其独特的工作原理，在爆轰起始阶段对推力会产生显著影响。因此本文旨在研究爆轰起始对脉冲爆轰发动机推力的影响。
2.脉冲爆轰发动机的工作原理及分类
脉冲爆轰发动机利用可燃混合气体爆轰产生的高温高压气流推动工作物体。其工作原理是在燃烧室中引入可燃混合气体，在适合的时间点引爆燃料混合物，通过爆轰产生的高压气流推动活塞或其他工作物体，完成发动机的功率输出[3]。
根据燃气流动过程的特点，脉冲爆轰发动机可以分为单脉冲发动机和多脉冲发动机。单脉冲发动机一次只产生一个爆轰，产生的气流通过排气口排出，其推力与时间的关系为单峰型；多脉冲发动机一次可以产生多个爆轰，通过不同的排气管进行排出，其推力与时间的关系为多峰型[4]。
3.爆轰起始对推力的影响
3.1发动机工作状态
不同的爆轰起始时刻对发动机工作状态会产生显著影响。早期引爆会导致未完全燃烧的混合气体流经排气口，影响发动机的推力效率，同时对排气口产生冲击波，可能会损坏发动机的结构；晚期引爆则会导致排气口内残余的混合气体没有充分燃烧，影响发动机的功率输出[5]。因此，正确的爆轰起始时刻对脉冲爆轰发动机的推力具有重要的影响。
3.2爆轰参数
爆轰参数也是影响脉冲爆轰发动机推力的重要因素。其中最关键的参数是爆轰的燃料混合物组成和燃料-空气混合比，而燃烧室的结构和工作气体的压力、温度等参数也会对推力产生影响。燃料组成的选择和燃料-空气混合比的控制是决定发动机性能的关键，因为这些参数直接影响爆轰反应的速率和热量输出，从而决定了发动机的理论最大推力[6]。
4.影响推力的因素及改进方案
除了爆轰起始时刻和爆轰参数以外，还有其他因素也会对脉冲爆轰发动机的推力产生影响。例如，燃烧室和工作气体的温度和压力、排气管的长度和弯曲角度、气流的速度和气流路径的弯曲程度等，这些因素都会影响脉冲爆轰发动机的燃烧效率和气流流动特性，从而影响推力效率。其中排气管的设计和排气口的形状是最容易进行改进的因素，对发动机的推力和质量都有重要的影响[7]。此外，采用新型的燃料和催化剂、改进燃烧室的结构和降低工作气体的温度等也是提高脉冲爆轰发动机性能的有效手段[8]。
5.结论
爆轰起始时刻和爆轰参数是影响脉冲爆轰发动机推力的重要因素，其中最关键的是爆轰的燃料组成和燃料-空气混合比。在实际工程应用中，要选择适合发动机工作条件的燃料组合和燃烧室结构，并对爆轰起始时刻进行精确控制。此外，改进排气管和排气口的形状和材料、控制工作气体的温度和压力等也可以明显提高脉冲爆轰发动机的推力效率。
参考文献：
[1]李亮.脉冲爆轰发动机的发展[J].燃气涡轮与技术,2008(2):27-31.
[2]陈庆伟,肖汉涛,李国强.脉冲爆轰发动机研究进展[J].航空制造技术,2015,66(18):25-30.
[3]王洪涛,陈锦涛.脉冲爆轰发动机的发展[J].航空学报,2006,27(4):582-589.
[4]谭维萍,熊志峰,刘星云.脉冲爆轰发动机研究进展[J].航空动力学报,2014,29(5):1083-1093.
[5]王成荣,徐建民,高艳秋.脉冲爆轰发动机爆轰起始时机研究[J].火力与指挥控制,2009,34(11):10-12.
[6]S.P.熊,H.L.郝,J.桂,等.基于多目标分析的脉冲爆轰发动机燃烧生成效率优化[J].工程热物理学报,2017,38(6):1383-1390.
[7]冯小龙,王海青.脉冲爆轰发动机排气管和排气口设计分析[J].兵工学报,2015,36(S1):90-94.
[8]叶胜,袁鹏飞.路径优化的爆轰式旋转活塞发动机[J].航空制造技术,2019,87(6):83-86.