超燃冲压发动机试验研究的国外动态_刘敬华

超燃冲压发动机的热防护技术

中国矿业大学电力工程学院 制冷设备技术进展报告 姓名： 班级： 学号：

超燃冲压发动机的热防护技术 摘要热防护技术是发展高超音速的关键技术之一。本文综合近年来高超音速飞行器中发动机的冷却方式的进展，对超燃冲压发动机的热防护技术进行简单介绍，并对未来有应用趋势的技术简述。 关键字：超燃冲压再生冷却闭式循环 飞行速度超过5倍声音速度的叫做“高超声速飞行器”[1]。高超声速飞行器有两大类，一类是在稠密大气层中较长时间飞行的“高超声速巡航飞行器”，主要有目前尚在研究发展阶段的，以超声速燃烧冲压发动机为动力的“空天飞机”和“高超声速巡航导弹”等；另一类是由火箭发动机发射到外层空间再返回地球的“再入航天器”(包括弹道式中远程导弹弹头，返回式卫星，宇宙飞船和航天飞机等)。 超燃冲压发动机是高超声速飞行的理想动力装置，结构简单、质量轻、成本低、易维护、超声速飞行时性能好，具有高比冲、高速度和大巡航推力的特性，适宜在大气层或跨大气层中长时间超声速或高超声速动力续航飞行[2]。但是由于其工作环境极其恶劣，一般在高马赫数下飞行，飞行过程中高温空气不断向壁面传热，为了保证发动机长时间安全正常运行，维持适宜的电子元器件工作环境，所以研究超燃冲压发动机的热防护技术十分必要[3]。 超燃冲压发动机的热防护技术按原理和冷却方式分为三种：被动式、半被动式和主动式。被动式是指采用轻质的耐烧蚀隔热材料对冷却结构进行热防护，热量被吸收或者是直接辐射出去；主动式是指利用低温冷却介质进行防护，全部热量或绝大部分被工作介质带走，主要包括发散冷却、对流冷却和气膜冷却；半被动式是指大部分热量由工作流体带走，主要有两种结构方式，热管理结构和烧蚀结构。 被动式涉及的防护与材料联系及其密切，局限性就是防护时间不宜过长，不涉及我们制冷原理。半被动式适用于高热流长时间使用要求，有图1，热量被工作介质由高温区传至低温区，通过对流和辐射进行冷却放热。 图1 1.主动式： 主动式中对流冷却方式应用于主体发动机喷管，如图2所示，主要是通过热量传递给冷却介质、冷却介质受热带走热量而达到冷却效果的。

中国超燃冲压发动机研究回顾

2008年8月第29卷 第4期 推 进 技 术 J OURNAL OF PRO PUL SI ON TECHNOLOGY Aug 2008 V ol 29 No 4 中国超燃冲压发动机研究回顾 * 刘兴洲 (北京动力机械研究所,北京100074) 摘 要:回顾了中国近年来在超燃冲压发动机领域的研究进展。首先是高超声速进气道的研究进展,包括高超声速进气道中激波与附面层干扰、起动和再起动、隔离段、进气道附面层抽吸、进气道通道内外压缩比、侧压式进气道、Buse m ann 进气道等。其次是超声速燃烧方面的研究及模型超燃冲压发动机研究。最后对研究工作进行了评述。 关键词:超燃冲压发动机;高超声速进气道;超声速燃烧;超燃冲压发动机试验 中图分类号:V 235 21 文献标识码:A 文章编号:1001 4055(2008)04 0385 11 * 收稿日期: 2008 01 09;修订日期:2008 03 06。 作者简介:刘兴洲(1933 ),男,工程院院士,研究领域为冲压发动机设计。 Revie w of scra m jet researc h i n Chi na LI U X i n g zhou (Be iji ng P o w er M ach i nery R esearch Inst .,Be iji ng 100074,China) Abstrac t : The scra m j e t research i n Chi na i n recent years i s rev ie w ed .F irstl y , stud i es for hyperson ic i n lets are re v ie w ed ,i nc l udi ng i ssues re lated to i nteracti on bet w een boundary and sho ck w av e i n hype rson i c i n l et ,unstarting /restarti ng phenom ena ,iso l a t o r ,boundary b l eeding f o r hypersonic inlet ,interna l/ex terna l compression rati o for inlet ,inlets w i th si dewa ll compression ,etc ..Second l y ,supe rson i c co m bustion research i s rev ie w ed .T hen ,i nvestigati on for scra m j e t eng i ne mode l is su mm ar i zed .F i na lly ,so m e co mments on the research wo rks a re g i ven . K ey word s : Scra m jet ;H yperson ic inlet ;Supersonic co m bustion ;Scra m jet test . 1 引 言 在中国的一些研究机构和高等学校进行了超燃冲压发动机的基础研究和模型超燃冲压发动机的研究。本文对中国在高超声速进气道、超声速燃烧和模型超燃冲压发动机研究等方面的工作作一简要回顾。 2 高超声速进气道的研究 2 1 激波/附面层干扰 通过求解二维N S 方程[1,2] ,对高超声速流中的激波/附面层干扰进行了数值研究,给出了入射斜激波在平直壁面引起湍流附面层分离的流动特征、分离点的反射激波、分离包引起的膨胀扇以及再附点的反射激波.计算的壁面压力分布与试验值吻合较好(见图1、图2)。 在三维管内激波/湍流附面层干扰流场的数值模拟中,对两方程湍流模型进行了可压缩性修正,计 F i g .1 M ach nu m ber d istribution in shock / boundary layer in teract i on area 算和试验结果比较表明,这一方法可以较准确地预测三维激波/湍流附面层干扰流动中激波结构和流动分离的基本特征。这些工作加深了对复杂流动现象的理解。 2 2 进气道的起动和再起动 对高超声速侧压式进气道模型不起动特性和再

超燃冲压发动机

超燃冲压发动机科技名词定义 中文名称：超燃冲压发动机英文名称：scramjet engine 定义：燃料在超声速气流中进行燃烧的冲压发动机。应用学科：航空科技（一级学科）；推进技术与航空动力装置（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片超燃冲压发动机超声速燃烧冲压式发动机，它简称超燃冲压发动机，可以在攀升过程中从大气里攫取氧气。放弃携带氧化剂，从飞行中获取氧气，节省重量，就意味着在消耗相同质量推进剂的条件下，超燃冲压发动机能够产生4倍于火箭的推力。 目录 概况简介 发展历史 主要特点 航空航天中的运用 主要类型双模态冲压发动机 双燃烧室冲压发动机 超燃组合发动机 超燃冲压发动机关健技术燃料的喷射、掺混、点火 燃烧室的设计 一体化设计 耐高温材料和吸热燃料 火焰保持器 热平衡 燃料的喷射 火焰特性描述 国内外研究现状及发展趋势俄罗斯 美国 法国 其他国家 发展趋势 发动机原理及工作过程超燃冲压发动机原理 展开概况简介 超燃冲压发动机是指燃料在超声速气流中进行燃烧的冲压发动机。在采用碳氢燃料时，超燃冲压发动机的飞行M数在8以下，当使用液氢燃料时，其飞行M数可达到6~25。超声速或高超声速气流在进气道扩压到位置4的较低超声速，然后燃料从壁面和/或气流中的突出物喷入，在超声速燃烧室中与空气混合并燃烧，最后，燃烧后的气体经扩张型的喷管排出。美国超然发动机 高超声速飞行器（飞行M数超过声速5倍的有翼和无翼飞行器）是未来军民用航空器的战略发展方向，被称为继螺旋桨、涡轮喷气推进飞行器之后航空史上的第三次革命。超燃冲压发动机是实现高超声速飞行器的首要关键技术，是目前世界各国竞相发展的热点领域之一。目前，国外发展较多的超燃冲压发动机包括亚燃/超燃双模态冲压发动机和亚燃/超燃双燃烧室冲压发动机。亚燃/超燃双模态冲压发动机是指发动机可以亚燃和超燃冲压两种模式工作的发动机。当发动机飞行M数大于6时，实现超音速燃烧，当马赫数低于6时。

发动机燃烧新技术

发动机燃烧新技术——Hcci 发动机均质充量压缩着火HCCI（homogeneous charge compression ignition）燃烧是一种全新的燃烧方式。是将燃料、空气及再循环燃烧产物所形成的预混合气被活塞压缩，自燃、着火、做功的过程。 一、HCCI燃烧方式概述 HCCI是均匀的可燃混合气在气缸内被压缩直至自行着火燃烧的方式。随着压缩过程的进行，气缸内的温度和压力不断升高，已混合均匀或基本混合均匀的可燃混合气多点同时达到自燃条件，使燃烧在多点同时发生，而且没有明显的火焰前锋，燃烧反应迅速，燃烧温度低且分布较均匀，因而，只生成极少的NOx和微粒（PM），在低负荷时具有很高的热效率。HCCI发动机主要具有以下几个特点： 1．超低的NOx和PM排放。 2．燃烧热效率高。HCCI发动机的热效率甚至超过了直喷式柴油机。 3．HCCI燃烧过程主要受燃烧化学动力学控制。 4．HCCI发动机运行范围较窄，HCCI发动机燃烧受到失火（混合气过稀）和爆燃（混合气过浓）的限制，使发动机运行范围变窄。对于高十六烷值燃料，由于HCCI发动机燃烧非常迅速，在高负荷工况下（混合气浓度大）易发生爆

震；对于高辛烷值的燃料，由于HCCI燃烧为稀薄燃烧，发动机在小负荷工况下容易失火。 5．HCCI发动机HC、CO排放偏高。这主要是由于HCCI 燃烧通常采用较稀的混合气和较强的EGR，因缸内温度较低造成的。 二、柴油机HCCI燃烧的特点 实现柴油机HCCI燃烧要面临两方面的困难：一是柴油粘度大，挥发性差，难以形成均质混合气；二是柴油作为高十六烷值燃料，容易发生低温自燃反应，均质混合气的燃烧速度控制困难，易造成粗暴燃烧。 柴油HCCI的燃烧放热表现出特别的两个阶段。第一阶段（放热曲线上较小的峰值）与低温化学动力学有关（冷焰或蓝焰）；第二阶段（放热曲线上较大的峰值）是主燃烧期；第一阶段是第二阶段的焰前反应，焰前反应放出的热量加热了余下的充量，同时余下的充量继续被压缩，经历短时间的延迟后，余下的充量达到着火条件，几乎同时着火，使放热率迅速升高，表现在放热曲线上出现大的峰值。 因此，HCCI燃烧速度较快，燃烧始点和放热率对压缩过程中充量的温度、压力等很敏感，控制起来很困难。如果HCCI燃烧控制得较好，则可在拓宽的大空燃比范围内进行高效稳定的燃烧，循环波动压力小，工作柔和。

2004 国外超燃冲压发动机技术的发展-胡晓煜

国外超燃冲压发动机技术的发展 2004-10-25 高超声速飞行器（飞行M数超过声速5倍的有翼和无翼飞行器）是未来军民用航空器的战略发展方向，被称为继螺旋桨、涡轮喷气推进飞行器之后航空史上的第三次革命。超燃冲压发动机是实现高超声速飞行器的首要关键技术，是目前世界各国竞相发展的热点领域之一。 国外超燃冲压发动机技术的发展已有50多年的历史。20世纪90年代，超燃冲压发动机技术取得了重大突破，目前已从概念和原理探索阶段进入了以飞行器为应用背景的先期技术开发阶段。预计，到2010年，以超燃冲压发动机为动力的高超声速巡航导弹将问世。到2025年，以超燃冲压发动机为动力的高超声速轰炸机和空天飞机将有可能投入使用。 本文将首先介绍超燃冲压发动机的基本概念、主要类型和性能特点，然后对各国超燃冲压发动机技术的研究进展和研究计划进行介绍，最后指出发展超燃冲压发动机的关键技术。 超燃冲压发动机的基本概念与主要特点 超燃冲压发动机是指燃料在超声速气流中进行燃烧的冲压发动机。在采用碳氢燃料时，超燃冲压发动机的飞 行M数在8以下，当使用液氢燃料时，其飞行M数可达到6~25。超声速或高超声速气流在进气道被扩压到较低超声速，然后燃料从壁面和/或气流中的突出物喷入，在超声速燃烧室中与空气混合并燃烧，最后，燃烧后的气体经扩张型的喷管排出。 超燃冲压发动机具有结构简单、重量轻、成本低、比冲（单位质量流量推进剂产生的推力）高和速度快的优点。与火箭发动机相比，超燃冲压发动机无需携带氧化剂，因此，有效载荷更大，适用于高超声速巡航导弹、高超声速航空器、跨大气层飞行器、可重复使用的空间发射器和单级入轨空天飞机的动力。 超燃冲压发动机的主要类型 经过多年的发展，国外已研究设计过多种超燃冲压发动机的方案。主要包括普通超燃冲压发动机、亚燃/超燃双模态冲压发动机、亚燃/超燃双燃烧室冲压发动机、吸气式预燃室超燃冲压发动机、引射超燃冲压发动机、整体式火箭液体超燃冲压发动机、固体双模态冲压发动机和超燃组合发动机等。其中，双模态冲压发动机和双燃烧室冲压发动机是研究最多的两种类型。 （1）亚燃/超燃双模态冲压发动机 亚燃/超燃双模态冲压发动机是指发动机可以亚燃和超燃冲压两种模式工作的发动机。当发动机的飞行M数低于6时，在超燃冲压发动机的进气道内产生正激波，实现亚声速燃烧；当M数大于6时，实现超声速燃烧，使超燃冲压发动机的M数下限降到3，扩展了超燃冲压发动机的工作范围。 目前，美国、俄罗斯都研究了这种类型的发动机，俄罗斯多次飞行试验的超燃冲压发动机就是这种类型的发动机。NASA即将进行飞行试验的也是这种类型的发动机。这种超燃冲压发动机可用于高超声速的巡航导弹、无人驾驶飞机和有人驾驶飞机。 （2）亚燃/超燃双燃烧室冲压发动机 对于采用碳氢燃料的超燃冲压发动机来说，当发动机在M3~4.5范围工作时，会发生燃料不易着火的问题。为解决这一问题，人们提出了亚燃/超燃双燃烧室冲压发动机概念。这种发动机的进气道分为两部分：一部分引导部分来流进入亚声速燃烧室，另一部分引导其余来流进入超声速燃烧室。突扩的亚声速燃烧室起超燃燃烧室点火源的作用，使低M数下燃料的热量得以有效释放。由于亚燃预燃室以富油方式工作，不存在亚燃冲压在贫油条件下的燃烧室-进气道不稳定性。这种方案技术风险小，发展费用较低，较适合巡航导弹这样的一次性使用的飞行器。目前，掌握该技术的主要是美国霍布金斯大学的应用物理实验室。 （3）超燃组合发动机

发动机前沿技术简介

发动机前沿技术 简介
2012-5-8 吴自林

TCI （Turbo Charging with Inter-cooling） ） 废气涡轮增压中冷技术利用发动机排气推动涡轮，增 废气涡轮增压中冷技术 加发动机进气压力，从而提高进入气缸的气体密度，减少 气体的体积，这样在单位体积里气体的质量就大大增加， 提高发动机体积比功率和重量比功率，提高进气效率，减 少CO和HC有害气体的排放。中冷是将增压后比较高的进气 温度降下来，从而更好地提高发动机的进气密度，保证发 动机的性能。
2012-5-8

S （Supercharge） ） 机械增压利用皮带连接曲轴皮带轮，以曲轴运 转的扭力带动增压器，然后通过增压器压缩进气， 达到增压目的，输出功率和扭矩可提高40%以上， 并且没有涡轮迟滞现象，可以在任何时候输出源 源不断的动力，但是要消耗部分引擎动力。[NA： Naturally Aspirated 自然吸气式]
2012-5-8

CBR (Controlled burning rate)可控燃烧速率
该技术是AVL的得利武器之一。CBR得到如此重视，和排放法规，油价有 关。采用CBR技术能降低油耗达7%左右，如果再与VVT(可变气门正时)相结合， 油耗还能进一步降低。 简单介绍一下CBR的原理。CBR机构简单，它有非对称进气道，一个切向 气道，一个中向气道。切向气道引导气流沿轴向旋转形成涡流，中向气道引 导气流沿汽缸轴线前进。中向气道里面也有个类似节气门的蝴蝶阀，低转速 (小于 1000rpm)或中低负荷(1000～4000rpm，负荷小于70%)，蝴蝶阀关闭或 部分关闭。即使蝴蝶阀关闭，该阀门还留有专门通道供油束通过。关闭中向 气道会使通过中性气道进入汽缸的混合气变浓，切向气道可以进入更多的新 鲜燃气，形成稀混合气。与不带CBR的发动机相比，相同工况下，CBR发动机 节气门开度大，因此可以减小泵气损失功。 广义地说，利用CBR技术也实现了分层燃烧，中部浓混合气靠近火花塞， 点火性能好，外围稀混合气可以提高过量空气系数，有利于降低油耗。另外， 关闭一个进气道，可以增强缸内涡流比，提高燃烧稳定性，使缸内EGR率的上 限提高，采用合适的EGR率不仅降低排放，而且还能提高燃油经济性。
2012-5-8

柴油发动机燃烧技术及汽车新能源

时代农机 TIMES AGRICULTURAL MACHINERY 2019年第3期 第46卷第3期Vol.46No.3 2019年3月Mar.2019 摘要：汽车作为21世纪对人类影响最大的机械，近年来发展无疑是迅猛的。但是当前全球能源日益短缺，环境问题越发突出，节能减排受到人们的广泛关注，社会上开发新能源的呼声也越来越高。文章就总结了近年来柴油发动机的燃烧技术并且对汽车新能源进行了简要介绍和评 论。同时对柴油发动机新能源技术的前景做了展望，预测了汽车新能源的发展方向也就是改善燃烧技术的同时开发新能源。 关键词：柴油发动机；燃烧技术；汽车新能源 作者简介：初金川（1989-），男，山东青岛人，大学本科，主要研究方向：车辆工程。 柴油发动机燃烧技术及汽车新能源 初金川，张博 （山东华源莱动内燃机有限公司， 山东莱阳265200）随着全球能源枯竭问题加剧， 各国都在积极寻找应对措施，社会上有关节能减排、寻找可替代新能源和清洁能源的呼声也越来越高， 同时国家有关汽车尾气排放的法规要求也日益严格， 要求大幅降低汽车尾气中有害物质的含量，所以改善燃烧技术的同时新能源的研发也被提上了各大科研机构的日程。 传统的汽车基本上都是使用柴油或汽油作燃料的。但是近年来，由于全球变暖和世界能源的短缺的影响，人们对低碳环保的要求越来越急迫，所以人们开始开发新型清洁能源， 像甲醇、乙醇、天然气等被广泛用于开发新燃料，而且现在随着科技的进步又在大力开发电动汽车等新能源汽车。 1柴油发动机燃烧技术 柴油因压缩比高、 热效率较高，所以汽车在使用柴油时的平均油耗比使用汽油要低30%左右，由此可见柴油的经济性还是较好的。但是传统柴油机在使用的过程中， 多用高压喷射的方法来制备柴油混合气，再借用气缸的高温使混合气自发燃烧。但是如果柴油机里的混合气燃烧不充分，就极易产生NOx 、PM 等有害物质。随着我国排放标准的提高，政府也越来越重视柴油机的节约环保能力。相关企业为了达到政府的要求，就应该加强对新能源的研究探索，加紧开发高性能低成本的柴油机，争取尽快在相关方面做出突破，达到引领世界潮流的目地。 当然近年来像HCCI 和低温燃烧等先进燃烧技术也层出不穷，相比与传统技术这些燃烧技术有很多传统方式所不具备的优势， 能够在提高燃料的燃烧效率的同时降低碳排放，所以这些技术的应用前景还是很广阔的，值得深入研究。1.1均质充量压缩着火（HCCI ）燃烧 均质充量压缩着火燃烧其实就是将柴油机设计的像汽油机那样，使柴油在燃烧时也形成均质混合气，使其燃烧更充分，以此消除扩散燃烧，当然此技术采用的压缩比较高， 可控着火，尽量实现近似等压燃烧，其燃烧持续期短，燃烧效率高，既可以保持较高的动力性又可以增加燃油的经济性，这样就达到了节能减排的要求。HCCI 节气门已被取消，泵气时的气体损失比较小， 可实现气体的多点同时着火，减少了燃烧时间，但热效率更高，又因为柴油机内的燃烧反应几乎是同步进行的， 有效降低了燃烧温度，这样就可以有效降低NOx 和PM 的产生，达到节能环保的目的。 另外，如果柴油机采用HCCI 燃烧模式还能达到简化发动机结构的目的， 其燃烧和喷油系统将更加的简单，便于以后的维护和保养。HCCI 的燃料选择性更好， 可使像天然气、甲醇、乙醇等等多种清洁或可再生能源都可以作为它柴油机的燃料。 HCCI 虽然在理论上的应用前景广阔。但想实 际应用中也发现了许多问题，这些问题会严重影响该技术的应用，像制备柴油的均质混合气就很困难，现在就还没有发现适用的新方法；低负荷下的燃烧也不稳定， 容易损坏气缸；着火相位和燃烧速39

超燃冲压发动机燃烧效率评价方法

超燃冲压发动机燃烧效率评价方法 摘要：超燃冲压发动机是未来快速飞行器的心脏，是目前世界各国正投入巨大精力研究的科研制高点。在评估发动机和燃烧室的各项性能时，燃烧效率是评价的重要性能指标之一。本文针对这一性能指标，将介绍几种评价超燃冲压发动机燃烧效率的方法：氢燃料特征原子团光谱辐射强度测量换算氢燃料燃烧效率的方法，探针取样组份分析方法、一维流动参数评估方法。在这些燃烧效率计算方法中涉及燃烧学的基本知识。在介绍这些评价燃烧效率的方法时，本文还将对这种方法做简单评价，并学习它们解决问题的思路。 关键词：超燃冲压发动机、燃烧效率、一维评价方法 超燃冲压发动机简单地说就是燃料在超声速气流中进行燃烧的冲压发动机。 ，其飞行速度一般都在马赫5以上，以美国X-51高超声速飞行器为例，其飞行速度达到马赫数6。但从速度来讲，高超声速飞行器在国防和军事领域将有很好的发展前景，可以应用于高超声速导弹和空天飞机，这也是为什么如今有实力的世界大国都在争先发展这种 飞 行 器的 主 要原 因 。 图 1高超声速导弹 超燃冲压发动机属于冲压发动机范畴。与一般的冲压发动机不同的是发动机进气前与进气后其气流都维持在5马赫的高超音速以上。而一般的冲压发动机则需要把气流减速增压。但气流速度一旦达到了5马赫的高超音速以上时， 气流减速增压所带来的高压强高温度会超过发动机材料承受极限。所以解决最好的办法就是以高超音速吸气后经过燃烧后马上高超音速喷出。这样发动机内滞留的静压静温就不会威胁发动机正常运作。当然要在这种速度下正常飞行，也是有很大的难度的，目前而言，困难主要集中在两个方面：一是点火困难，在高超音速中添加燃料并点火无异于在龙卷风中点燃一根火柴；二是飞行器热防护问题，在Ma>5时，飞行器将受到空气急剧地加热效应，这种加热是一般材料承受不了的，因此，高温条件下的主动热防护成为研究的关键之一。 对于超燃冲压发动机的研究，前人已经做了很多工作。在对超燃冲压发动机及其燃烧室的研究过程中，对其性能的评价是非常重要的工作。在评估发动机和燃烧室的各项性能时，燃烧效率是评价的重要性能指标之一。在这方面，人们也做了很多研究，取得了丰硕的成果。燃烧效率不能直接测量，需要通过一些测量的参数经过处理换算求出。经过多年研究，燃烧效率的评估方法不断得到完善，目前，各国研究中常

发动机新技术

发动机采用的新技术 [摘要] 本文通过分析目前汽车发动机的一些新技术，提出未来发展汽车发动机技术的关键就是提高能量的利用效率以及减少排放污染物。[关键词] 发动机；新技术 在2007 年，美国的新联邦排放法规要求汽车排放氮氧化物的降低幅度必须达到95％以上，排放碳氢物降低幅度必须达到84％以上。这些越来越严格的排放法规和人们节能意识的加强，使得效率高、排放低的汽车发动机的开发越来越受到重视，从而促使汽车发动机技术的不断创新。鉴于各国国情的差异，每个国家在保护环境以及节能方面的侧重点也有所不同。日本由于受国土资源的限制，微型和经济型车辆的比例较高，这些排量小的发动机不仅能达到环保和节能的要求，而且能够给这类汽车提供足够的驱动力。在欧洲，由于柴油相对便宜，而且热效率要远远高于汽油发动机，欧洲的消费者很容易就接受柴油发动机驱动的汽车比汽油发动机驱动的同类汽车贵1000~2000 美元的事实。此外，柴油发动机的低速扭矩远胜于汽油发动机，这也使得欧洲人更愿意将直喷柴油发动机作为高科技的代表。现在的西欧超过35％的新车销售是柴油发动机。以下即重点介绍几种汽车发动机的新技术。 1 汽车发动机新技术 1.1 增压发动机 1）涡轮增压发动机。涡轮增压发动机实际上是通过增压器压缩空气来增加进气量，它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机的转速加快，废气的排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就会压缩更多的空气进入气缸。随着空气压力和密度的增大，气缸可以燃烧更多的燃料，从而增加发动机的输出功率。 涡轮增压器的最大优点就是可以在不增加发动机排量的情况下，就能较大幅度的提高发动机的功率及扭力。通常，加装增压器后的发动机的功率及扭矩会增大20％~30％。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率。另外，发动机采用了增压技术后，还能提高燃油经济性和减少尾气排放。但涡轮存在工作迟滞现象，即由于叶轮的惯性作用，会对油门骤变时的变化反应迟缓，从而导致发动机延迟增加或减少输出功率，这对于要突然加速或者超车的汽车来说，可能会有瞬间使不上劲的感觉，同时涡轮也有着较高的保养费用。

超燃冲压发动机原理与技术分析

本科毕业论文(设计) 题目：超燃冲压发动机原理与技术分析 学院：机电工程学院 专业：热能与动力工程系2010级热能2班 姓名：王俊 指导教师：刘世俭 2014年 5 月28 日

超燃冲压发动机原理与技术分析 The Principle and Technical Analysis of Scramjet Engine

摘要 通过对超燃冲压发动机的基本原理与特点的介绍，比较了世界主要国家在超燃冲压理论研究与工程实际中的一些成果；结合高超音速空气动力学以及流体力学的一些基本原理，阐述进气道、隔离段、燃烧室、尾喷管的设计并进行性能分析；列举目前投入应用的几种主流构型及其选择依据；分析主要参数对超燃冲压发动机的影响；最后综合阐述超燃冲压发动机的发展趋势以及用途。 关键词：超燃冲压发动机性能分析一体化设计热循环分析

Abstract: Introduction the basic principle and features of scramjet engine, comparison of major powerful countries’ theoretical researches and practical achievements on this project. Expound and analyses the design and property programmes of air inlet、isolator、combustion chamber、tailpipe nozzle with theories of hypersonic aerodynamics and hydrodynamics; Its application in several mainstream configuration and its choice; analysis of the effect of main parameters on the scramjet. Finally, the developing trend of integrated scramjet paper and uses Key words: scramjet engine property analysis integrating design Thermal cycle analys

柴油发动机燃烧技术及汽车新能源

柴油发动机燃烧技术及汽车新能源 汽车无疑是21世纪发展最为迅速，对人类影响最大的机械。近几十年来，面对地球能源的日益短缺和环境保护的严重形势，人们对车用发动机的燃油经济性更加重视，节能减排受到广泛关注。本文针对近年来柴油发动机燃烧技术以及其他汽车替代燃料的新能源开发应用进行了介绍和评论。最后对柴油发动机燃烧新技术的今后发展进行了展望，指出了汽车科技在21世纪的发展方向，即改善燃烧技术并且研发应用新能源。 标签：柴油发动机燃烧技术燃料新能源 0 引言 随着机动车保有量的迅速增加，全球石油能源临近枯竭。同时，排放法规日益严格，要求大幅降低汽车尾气中NOx和PM等排放。因此，燃油的经济性、节能减排受到广泛关注。改善燃烧技术，研发汽车新能源渐渐成为一项重要的课题。 汽车的动力来源于发动机气缸内燃料燃烧所放出的热能。传统的汽车发动机根据所用燃料种类区分，可分为柴油发动机和汽油发动机。近年来，由于世界能源短缺和环保低碳的要求，人们开始开发新型清洁燃料，如甲醇、乙醇、液化石油气（LPG）、压缩天然气（CNG）等。现在又大力开发混合动力汽车、电池电动汽车、电容电动汽车和太阳能汽车等。 1 柴油发动机燃烧技术 柴油机汽车因压缩比高，燃油消耗平均比汽油机汽车低30%左右，所以燃油经济性较好、热效率较高。但是传统的柴油机燃烧过程，是采用高压喷射将燃油喷入气缸，形成混合气，并借缸空气的高温自行发火燃烧。如果燃烧不充分，极易产生NOx 、PM。随着排放标准的提高，政府对节约能源与减少排放日益重视。为达到排放法规和降低油耗的要求，应该加强新的燃烧方式的探索，开发出高性能低成本的先进柴油机。近些年应运而生的先进的燃烧技术有：均质充量压缩点燃（HCCI）和低温燃烧（LTC）等。他们与传统的燃烧模式相比有很多自身的优势，有足够的提高效率和降低排放的潜力，但还需要进一步的深入讨论和完善。 1.1 均质充量压缩着火（HCCI）燃烧 自20世纪70年代末，均质充量压缩着火（HCCI）燃烧这一新概念被报道，国际上学术界和工业界一直高度重视这一燃烧技术，是世界内燃机燃烧研究领域中的热点之一。 均质充量压缩着火燃烧，就是柴油机在着火前像汽油机那样形成均质混合

发动机燃烧技术

一、概述 内燃机的发展已经有一百多年的历史，自从1876年奥托发明的第一台火花点火式发动机和1892年迪塞尔发明第一台压燃式发动机以来，由于具有较高的热效率、比功率和可靠性，内燃机成为了最主要、最理想的船用、工程机械以及车用动力。美国机械协会认为汽车是20世纪唯一的也是最重要的工程界的成就。在可以预见的未来，发动机仍然是汽车、机车、轮船、农用机械和工程机械等移动装置的动力源。 然而随着世界经济的高速发展，促使内燃机的保有量迅速增加，这样能源消耗以及环境污染问题就日益严重，相应地对内燃机提出了新的技术要求。其中提高内燃机燃油经济性一直是该领域研究工作者所追求的。 同时保护环境的呼声日益提高，如何降低内燃机的有害排放物，是大家共同关心重视的课题。一方面，通过机内净化技术，如柴油机采用电控高压共轨喷射技术，并结合燃烧系统、进排气系统的优化改进，使得整机的排放性能得到极大的改善；另一方面，机外净化技术，将各种污染物的排放量控制在非常低的水平。而内燃机的燃烧技术是改善内燃机动力特性、经济性和排放性的本质和关键技术，当很多研究者对内燃机的燃烧技术进行了研究，为提供内燃机动力特性，降低排放量提供了技术支持。 二、内燃机燃烧技术介绍 首先是压燃式柴油机燃烧技术，柴油机是典型的压燃式发动机，通过缸内压缩混合气体到一定压力与温度，使得混合气体自燃，其中预混燃烧量越多，初始放热率峰值越高，相应地燃烧最高温度就越高，氮氧化物的排放量就增加，其后接着进行扩散燃烧，燃油与空气边混合边燃烧。因此，传统柴油机需要较高的喷射压力，以及适当的空气涡流强度，保证扩散燃烧充分完成，以便降低排气烟度。这种燃烧方式的有点是很明显的，首先是热效率高、燃油经济性好，由于可以采用较高的压缩比，因此热效率比较高，经济性好。但是其缺点也是很明确的，首先是其振动噪声大，由于在上止点前的第一阶段非均质预混合燃烧会引起较高的压力升高率，因此该种燃烧方式的振动噪音比汽油机的要大，其次，其氮氧化物的排放量变高，预混合燃烧会引起较高的燃烧温度，且燃烧室的空气比较富裕，因此，氮氧化物的排放会较高，而且由于扩散燃烧的存在可能使得混合气燃烧不完全，从而使得引起的颗粒物排放比汽油机要高。 其次，是点燃式发动机，这种形式的发动机主要应用于汽油机上，这种燃烧方式与柴油机相比，汽油机属于典型的预混燃烧，这种燃烧方式有很多的优点，比如说，工作运转平稳，其在进气行程中燃油就喷入进气管，遮掩燃油与空气有足够的时间在着火前进行充分地混合，形成基本均匀的可燃混合气，因此汽油机工作比柴油机要来的平稳，并且其振动噪声也要比柴油机小很多。更值得一提的是，在如今环境保护的大趋势与政策下，汽油机的燃烧方式中氮氧化物与颗粒物的排放比柴油机低很多，因为基本均匀的预混燃烧，颗粒物的排放比较低。由于较低的燃烧温度，使得氮氧化物的排放也是比柴油机要低很多的。 三、内燃机燃烧技术的发展

超燃冲压发动机的第一个40年_占云

推进技术 超燃冲压发动机的第一个40年 摘　要　对近40年超声速燃烧冲压发动机(简称超燃冲压发动机)技术的出现与成熟进行了综合的论述。根据对美国、俄罗斯、德国、日本、澳大利亚及其它国家已完成的或者正在进行的研究工作进行了论述,简单地叙述了超燃冲压发动机燃烧室研制的问题。鉴别了两种新出现的超燃冲压发动机的应用,即通向空间入口用碳氢燃料高速发动机和高超声速空射导弹用碳氢燃料发动机。 主题词　超燃冲压发动机 高超声速 导弹 前言 大约40年以前,各种高速导弹用的碳氢燃料常规冲压发动机(CRJ)处于持续发展中。美国洛克希德的X-7可重复使用的试飞器论证了Ma=3～4范围内的冲压发动机性能。国际上对冲压发动机进行了很好的研究,同时一直对高超声速的常规冲压发动机很感兴趣。 20世纪50年代后期,发表了很多论文,对常规冲压发动机的发展历史进行了评估,并提出了提高飞行速度的各种设计方法。可是,关于将常规冲压发动机性能扩大到Ma=5.0以上的速度的可行性存在很大的分歧。 同时,对超燃冲压发动机的可行性引起了注意。早在1946年,Roy就提出了借助于驻波直接将热量加入超声速流中的可能性。1959年, Nicholls等人又论证了超声速氢气流中稳定的爆燃波,随后Gross和Chinitz也报导了类似的研究,此外,在这段时间,关于向围绕机体的外气流中加热以产生升力与推力,还有各种各样的研究。1958年9月在马德里举行了第一届国际航空科学会议。在这次会议上,Ferri简略地概述了Brookly n Poly-technic研究院的一些工作进展,并证明在Ma= 3.0的超声速气流中实现了稳定燃烧,没有强激波。他报导了这个重要新闻之后,就作为美国超燃冲压发动机技术研究的主要领导者出现。 早在1958年,加拿大蒙特利尔的麦吉尔大学开始了超燃冲压发动机研究工作。Sw ithenbank报导了一些早期有关超燃冲压发动机的进气道、燃料喷射与燃烧及排气喷管方面的工作,重点是Ma=10～25高速范围内的工作。 Weber和M ackay于1958年发表了超燃冲压发动机的基本分析,此分析研究Ma=4～7范围内超燃冲压发动机和常规冲压发动机(采用氢燃料)的有关性能,并指出在Ma=7.0以上的速度下超燃冲压发动机的潜在优越性。分析中明确预测了超燃冲压发动机研究中所面临的某些主要技术障碍,包括没有严重激波损失的燃料喷射与混合、燃烧气体动力学现象、壁面冷却与摩擦损失,以及喷管性能等。此外还讨论了对扩散燃烧室形状的要求以避免由于热阻塞而引起等面积管道中加热的局限性,同时提出了一种积分方法来计算这种扩散管道的壁面压力。很显然,超燃冲压发动机研究中必须提出的同类问题大约在40年前已经提出了。 1957年约翰霍普金斯大学的应用物理实验室的Avery和Dueger开始了超燃冲压发动机及其潜力的分析研究与试验研究。紧接着,于1960年Dugger发表了煤油燃料常规冲压发动机和超燃冲压发动机的有关性能的研究,此项工作的结论与Weber和M ackay的类似,即:在Ma=6～8的速度范围内,超燃冲压发动机性能在某些方面超过常规冲压发动机的性能,而且在较高的速度下将占优势。文章着重说明常规冲压发动机喷管的不平衡流对发动机性能有不好的影响。令人感兴趣的是,文章中也提出了爆燃波超声速燃烧室可能得到的性能优于超燃冲压发动机的可能性。虽然,他们确实对常规发动机和超燃冲压发动机的相关性能很感兴趣,但是由于缺少验证的超燃冲压发动机部件性能,又缺少有关高超声速常规冲压发动机的试验数

超燃冲压发动机燃烧效率分析计算

清华大学航天航空学院 《高等燃烧学》期末大作业 超燃冲压发动机燃烧效率分析计算姓名：杨缙学号：2007211097 授课教师：钟北京 2008-6-7

超燃冲压发动机燃烧效率分析计算 燃烧效率是评价超燃冲压发动机能量利用效率的一个重要性能指标。无论是在高超声速飞行器机身——超燃冲压发动机一体化研究中，还是在超然冲压发动机模型地面试验（直连式式试验、自由射流试验）研究中，都要进行燃烧效率的分析计算。本文从分析超燃冲压发动机总的燃烧效率入手，简化分析了机身——超燃冲压发动机一体化系统的能量利用效率以及超燃冲压发动机模型地面试验（直连式试验、自由射流试验）系统的燃烧效率。重点分析推导了超燃冲压发动机模型地面直连式试验的燃烧效率公式。 1. 超燃冲压发动机效率分析 超燃冲压发动机的热力循环过程可以大致划分为飞行器前体和进气道的压缩过程、燃烧室内加热（燃烧）过程和喷管膨胀过程。图1显示了超燃冲压发动机的基本结构和工作原理。 图1 超燃冲压发动机工作原理示意图 相应地，超燃冲压发动机的总效率是压缩效率、加热效率和膨胀效率的乘积。即： 0c b e ηηηη= （1.1） 当把超燃冲压发动机的所有工作过程看做一个整体的热力循环来考虑时，可以从能量的角度出发，直接给出超燃冲压发动机的总效率。 与火箭发动机相同，超燃冲压发动机的功能，是把燃料的化学能最终转变为工质气体的推力功。超然冲压发动机单位时间内对包括发动机本身的飞行器系统

所做的功，称为推力功率，用下式表示： 0e e N F V = （2） 其中：Ne ——发动机推力功率；Fe ——发动机推力；V 0——飞行器飞行速度。 定义单位时间内供给发动机系统燃料的化学能为发动机系统的化学能量供应率，用下式表示： 化学能量供应率：f u e m H =& （3） 式中：f m &——燃料质量秒流量，；燃料低热值，。 /kg s w H /J kg 从能量的角度讲，超燃冲压发动机的能量利用总效率是推力功率与推进剂化学能量供应率之比，即： e 0 0N e f u f FV m H m H η==&&推力功率化学能量供应率u = （4） 总效率直接描述了发动机对所携带燃料原始化学能的利用程度，或者说，对于给定的飞行任务，需要装载多少燃料才能够满足飞行任务的要求，对上式进行变换，不难得到发动机需要携带的燃料： 0e f u F L m H η= （5） 式中L 为飞行器行程。 由式（4），根据比冲的定义/e f ISP F m g =&，得到： 0e u g V ISP H η= （6） 可见，对于在一定高度以一定马赫数飞行的吸气式发动机来说，燃料比冲和总效率与燃料种类有关，当燃料种类选定以后，总效率与燃料比冲间存在如上式所述的正比关系。由热力学第一定律，发动机的总效率不可能大于1，由此得到

汽油机的最新燃烧技术进展

汽油机最新燃烧技术进展 概要：本文对近年来在汽油机的燃烧技术进展作了介绍，并对新的燃烧技术对降低油耗和减少燃烧排放物方面所取得的技术进展作了评论，在整个他们的速度/负载范围内的最优燃烧，发动机应工作在三个燃烧模式：分层点燃式(SCSI)、均质点燃式(HCSI)、均质压燃式（HCCI），实现最大限度的降低燃油消耗和发动机排放的关键技术是喷雾引导的直喷系统、灵活可变的气门驱动、基于发动机控制的缸内压力。 关键词：汽油机；火花塞点火；GDI;DISI;HCCI;HCSI;直接喷射；均质燃烧；分层燃烧 术语：AFR：空燃比 BMEP：平均有效压力 BFSC：刹车油耗 BTDC：上止点前 CI：压燃式点火 COV:变异系数 CR：压缩比 DI：直接喷射 DISI:直接喷射火花塞点火 EGR:废气再循环 EVC：排气门关闭 FE：燃油经济型 HC：烃类 HCCI:均质混合燃烧HCSI:均质点燃式燃烧 HT：传热 IMEP：平均指示有效压力NVO：负阀重叠 VVT：可变气门正时 1引言 人类的汽车革命极为迅猛, 也极大地改变了我们的生存环境。从早期的化油器发动机开始,人类在汽车引擎技术上不断创新,在提升燃料效率和降低能耗与污染物排放方面不间断的努力。从化油器到单点电子喷射、多点电子喷射再到多点顺序喷射,发动机不断进化,而缸内直喷技术无疑是人类在汽车发动机方面的最新成就。先来看一下缸内直喷的概念:缸内直喷技术(Direct Injection)是指将燃油直接喷入汽缸燃烧室内的发动机技术, 而之前的汽油发动机都是将燃油喷注于进气歧管内。缸内直喷技术还被称为FSI(Fuel Stratified Injection)技术。 百年间,这样的技术进步也带给人类自身更多的好处。缸内直喷技术借助电脑系统直接控制燃油的喷射时间、喷射压力和喷射量,相比过去的技术,新技术不需要受限制于传统机械构造方式, 而且能够依照发动机的需要随时调整空气与燃料的混合比例,不但促进燃料燃烧效率提升15%以上,也大大减少了废气中的污染物水平,对发动机功率的提升效果也非常明显。 1．1缸内直喷技术的六大优势： 由于燃油被精确的喷射于汽缸燃烧室内, 也直接带来了六大好处: 一、节省燃油。现代发动机技术的趋势之一就是节约燃料, 而缸内直喷技术可以大大提升燃油与空气混合的雾化程度与混合的效率, 带来燃油的节约。采用缸内直喷技术的车型油耗水平可下降3%以上。 二、减少废气排放。人类对生存环境的重视也造就了环保发动机的不断诞生。缸内直喷发动机的高压燃油泵能提供高达120巴的压力,确保燃料充分燃烧,最大程度的减少废气中的有害杂物。 三、提升动力性能。由于燃料的混合更充分,燃烧更彻底,也带来了燃料转化为动能的效率提升,直接推动了发动机动力性能的增加,同排量下,最大功率可提高15%。 四、减少发动机震动。由于缸内直喷技术允许更高的压缩比,缸内爆震情况的大大减少,对降低发动机低速情况下的震动也有明显的效果。 五、喷油的准确度提升。缸内直喷技术的关键就是电脑系统的精确控制。由

超燃冲压发动机技术

推进技术 本文2002206216收到,作者系中国航天科工集团三院31所高级工程师 ———超燃冲压发动机技术——— 刘小勇 摘　要　超燃冲压发动机是研究对应飞行马赫数大于6、以超声速燃烧为核心的冲压发动机技术。它的应用 背景是高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等。半个世纪以来,它的研究受到了美、俄、法等国的重视。目前,超燃冲压发动机技术已经开始进行飞行演示验证。21世纪,超燃冲压发动机技术必将得到较快发展和实际应用,必定会对未来的军事、政治、经济等产生深远影响。 主题词　冲压发动机 超声速燃烧 超燃冲压发动机 高超声速飞行器 概述 冲压发动机(ramjet )属于吸 气式喷气发动机类,由进气道、燃烧室和尾喷管构成,没有压气机和涡轮等旋转部件,高速迎面气流经进气道减速增压,直接进入燃烧室与燃料混合燃烧,产生高温燃气经尾喷管膨胀加速后排出,从而产生推力。它结构简单,造价低、易维护,超声速飞行时性能好,特别适宜在大气层或跨大气层中长时间超声速或高超声速动力续航飞行。 当冲压发动机燃烧室入口气流速度为亚声速时,燃烧主要在亚声速气流中进行,这类发动机称为亚燃冲压发动机,目前得到广泛应用;当冲压发动机燃烧室入口气流速度为超声速时,燃烧在超声速气流中开始进行,这类发动机称为超燃冲压发动机,目前得到了广泛研究。亚燃冲压发动机一般应用于飞行马赫数低于6的飞行器,如超声速导弹和高空侦察机。超燃冲压发动机一般应用于飞行马赫数高于6的飞行器,如高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机。 超燃冲压发动机通常又可分为双模态冲压发动机(dual modle ramjet )和双燃烧室冲压发动机(dual combustor ramjet )。双模态冲压发动机是指发动机根据不同的来流速度,其燃烧室分别工作于亚声速燃烧状态、超声速燃烧状态或超声速燃烧/亚声速燃烧/超声速燃烧状态。对于这种发动机如果其几何固定,通常能够跨4个飞行马赫数工作,目前研究较多的是M ∞=3(4)～7(8)的双模态冲压发动机;双模态冲压发动机如果几何可调,则能够在更宽的马赫数范围内工作,如M ∞=2～12。双燃烧室冲压发动机是指同一发动机同时具有亚燃冲压和超燃冲压双循环的超燃冲压发动机,采用双循环的主要目的是用亚燃冲压发动机点燃超燃冲压发动机来解决煤油燃料的点火和稳定燃烧等问题。 超燃冲压发动机技术是发展 高超声速技术的关键。它涉及到空气动力学、气动热力学、计算流体力学、燃烧学、材料学等多学科的前沿问题及其交叉,是超声速燃烧、吸热型碳氢燃料、热防护、发动机/飞行器机体一体化、地面模拟试验和飞行试验等众多高新技术的集成,以其为动力装置的高超声速巡航导弹、高超声速飞机、空间作战飞行器/未来低成本可重复使用大地往返运输系统(空天飞机)对于国防安全、未来空间作战和航天运输都有重要意义。 目前,美、俄、法、日、德、英、印度等都正大力发展这方面技术。预计美国将在2010年前后完成高超声速巡航导弹研制,在2020年前后研制成实用的高超声速飞机,在2025年前后研制成功未来低成本可重复使用大地往返运输系统(空天飞机)。1　超燃冲压发动机的应用背景 超燃冲压发动机的应用背景是高超声速巡航导弹、高超声速