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发帖数: 15246 | 1 引 言
吸气式发动机的效率在部分程度上受到内部与环境的最大压比制约，理论上压比高的发
动机效率更高。常规发动机通过压气机把空气压缩，再把压缩空气导入燃烧室燃烧，冲
压发动机和脉冲喷气发动机则不同，它们没有专门的压气部件，冲压发动机通过速度压
缩空气，但只有在进口速度超过M a = 2时才能将速度转换成压力，并具有较高的效率
。脉冲喷气发动机在低压室间隙燃烧，因此效率较低。对推进装置来说，爆震燃烧过程
的高燃气压力( > 1. 01×106Pa～1. 01×107Pa)和温度( > 2 000℃)以及快速燃烧都
很有吸引力。因此，过去数十年来，基于爆震燃烧的脉冲爆震发动机( PDE)已引起人们
的广泛注意。
基本概念和工作原理
脉冲爆震发动机（Pulse Detonation Engine，简称PDE）是一种利用脉冲式、周期性爆
震波所产生的高温、高压燃气来产生推理的全新概念发动机。与一般喷气发动机（等压
稳态燃烧）中的爆燃波不同，脉冲爆震发动机（等容非稳态燃烧）中的爆震波（由激波
后紧跟一道燃烧波组成）是以高超音速传播的，因此它能够产生高的燃气压力（13—55
大气压）、燃气温度（大于2300℃）及传播速度（爆震波速度约为2000米/秒左右）。
由于爆炸波的速度传播的很快，其燃烧过程可近似的认为是等容过程。
PDE是一种基于爆震燃烧的新概念发动机。而爆震燃烧是一种与爆燃有显著差别的燃烧
形式，爆燃是一种在普通燃气涡轮发动机、脉冲喷气发动机和火箭发动机中常见的燃烧
形式，它以亚声速传播，仅能产生2×105Pa～3×105Pa的峰值压升。而爆震与爆燃不一
样，它以马赫数M a= 5～6的速度向未燃烧的反应物传播，能产生3×106Pa～1×107Pa
的峰值压升。爆震发动机利用这种超声速波产生一个频率达到100Hz数量级的极短周期
循环，所以其燃烧方式是不稳定和间歇式的。由于爆震波的传播速度极快，因此整个燃
烧过程接近定容燃烧，而爆燃接近定压燃烧，从热力学角度来看，定容燃烧的热力循环
效率可达47%，明显高于定压燃烧的27%，因此，采用爆震燃烧的推进系统可极大地改善
性能。
因而与等压燃烧方式工作的一般喷气发动机相比，脉冲爆震发动机具有以下几个特点：
1、热循环效率高（等压热循环效率为0.27，等容热循环效率为0.47，爆炸波热循环效
率为0.49）
2、由于爆炸波能较大的提供可燃气体压力，因此可以不要压气机和涡轮等转动部件，
其他结构简单，重量轻，推重比打（大于20），比冲大（大于2100s）
3、单位燃油消耗率SFC低（小于1kg/kg.h），当Ma=1时，等容循环的SFC为等压循环的
36%，爆震循环的SFC为等压循环的29%
4、工作范围宽，可在Ma=0～10，飞行高度H=0～50km飞行。推力可调，推力范围从0.5
～50000kg。与冲压发动机不同，它可在地面起飞。起动和加速性能较好
5、适用范围广。用自由来流或机载氧化剂，能分别以吸气式发动机或火箭发动机方式
工作
6、不同于脉动式喷气发动机。脉动发动机中火焰一亚音速传播，燃烧室压力较小，单
位燃烧消耗率高
7、污染低。由于爆震波燃烧快，效率高，产物在高温区停留时间短，因而污染物，特
别是氮的氧化物少
由于脉冲爆震发动机具有以上的特点，使其成为有可能在一些领域替代涡轮喷气发动机
和液体火箭发动机的一种低成本发动机，并在军事领域有着广泛的应用前景。
因此，对脉冲爆震发动机进行探索性研究，掌握脉冲爆震发动机的性能分析、总体结构
设计、试验，非稳态参数测量机控制等方面的关键技术，建立一定的技术储备，是有很
重要的战略意义的。
性能优势
脉冲爆震发动机在军用及民用发动机领域都具有性能优势。
首先，与涡喷发动机相比，脉冲爆震发动机的可用燃料范围更宽，推重比更高。据估计
，脉冲爆震发动机从M a = 0～4的整个范围内都有很高的效率。脉冲爆震发动机在低速
状态的效率低于涡喷发动机，但在高马赫数( M a= 2～4)范围内，其性能优于其它发动
机；
其次，脉冲爆震发动机不象冲压发动机或超燃冲压发动机那样需要一台单独的发动机来
达到巡航速度后才能投入工作，它能依靠自身的动力起动，并且，脉冲爆震发动机只有
极少的转动零件，结构简单，易于维护。与其它类型发动机相比，脉冲爆震发动机的成
本也较低(比超声速涡轮发动机的低75% )。
此外，脉冲爆震发动机具有明显的性能优势，预计脉冲爆震发动机的推重比可达20，飞
行高度范围为0km～50km，推力范围5N～490kN，耗油率小于0. 102kg/N·h。
国内外研究状况
目前国内对脉冲爆震发动机的研究仅限于小范围，专门的研究机构并不是很多，主要集
中在航空航天院校，而且多以机理研究为主，实用研究相对偏少，虽然如此，仍然取得
了丰硕成果，丰富了理论研究基础。
西北工业大学1994年在严传俊教授的领导下西工大在国内率先展开了脉冲爆震发动机的
研究工作，在十多年的时间里进行了大量的实验研究，用热力学和爆震波理论，科学的
阐明了PDE的工作原理，建立了PDE工作循环及性能分析的方法。2006～2007年又先后研
制了单管/多管吸气式脉冲爆震发动机模型机，以及混合式脉冲爆震发动机模型机。承
担自然科学基金项目PDE的应用基础和探索性研究。
南京航空航天大学进行气动阀式PDE的理论和试验研究。
中国科学院力学所对PDE进行了数值模拟和试验研究。
国外对脉冲爆震机理的研究始于20世纪40年代初，从20世纪50年代起开始进行全面探索
。由于缺少经费，在20世纪60年代末终止了将爆震燃烧作为替换吸气和火箭推进装置的
探索性研究。Helman、Sheeve和Eidelman三人提出了现代脉冲爆震发动机概念。
目前，美国的政府研究机构、大学和公司有众多的脉冲爆震发动机研究计划，美国空军
研究实验室在采用碳氢燃料的吸气式脉冲爆震发动机和脉冲爆震火箭发动机方面做了大
量的工作。2004年，研究人员使用一种自己设计制造的超临界燃料喷射系统实现了JP28
燃料在空气中的爆震，该喷射系统不但结构简单，而且喷出的燃料不会积碳。2004年秋
天，又成功完成了世界上第一架以脉冲爆震发动机为动力的有人驾驶飞机的地面声学和
振动试验。
除美国外，日本、加拿大、法国、比利时、俄罗斯以及以色列等国也在积极开展脉冲爆
震发动机技术研究。
应用前景
脉冲爆震发动机技术具有广阔的应用前景，可应用于亚声速、超声速和高超声速飞行器
。脉冲爆震发动机可用于战术飞机、空中和船上发射的导弹、无人机和多种远距离攻击
武器：还可用于航天发射飞行器、轨道传送飞行器、短程旅行飞行器和行星着陆器，也
可用于航天飞机姿势控制、卫星站位保持和卫星机动推进，从而使航天运输技术实现一
次真正的革命。脉冲爆震发动机与火箭组合循环系统可用于高速远程导弹，脉冲爆震发
动机与冲压和超燃冲压发动机组合循环系统可用于高超声速飞行器。混合脉冲爆震发动
机可用于亚声速和超声速无人作战飞行器、亚声速和超声速战术导弹、航天发射加速器
以及商用飞机。 |
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