[科普中国]-脉冲式喷气发动机

简介

德国纳粹在第二次世界大战的后期，曾用脉冲式喷气发动机来推动V-1导弹，轰炸过伦敦。这种发动机的结构前部装有单向活门，之后是含有燃油喷嘴和火花塞的燃烧室，最后是特殊设计的长长的尾喷管。

工作原理脉动喷气发动机工作时，首先把压缩空气打入单向活门，或使发动机在空中运动，这时便有气流进入燃烧室，然后油咀喷油，火花塞点火燃烧。这时长尾喷管在燃气喷出后，由于燃气流的惯性作用，虽然燃烧室内的压强同外面大气的压强相等，仍会继续向外喷，所以在燃烧室内造成空气稀薄的现象，使压强显著降低到小于大气压，于是空气再次打开单向活门流入燃烧室，喷油点火燃烧，开始第二个循环。这样周而复始，发动机便可不断地工作了。这种发动机由进气到燃烧、排气的循环过程进行得很快，一秒钟大约可达40～50次。2

脉冲喷气发动机的工作机理不仅涉及热力学、声学理论，还和流体力学、控制理论有关。3

特点优点脉动式发动机在原地可以起动，具有构造简单、重量轻、造价便宜、燃烧强度高、燃烧效率高、污染小、结构紧凑等突出优点。1

缺点噪声大，只适于低速飞行（速度极限约为每小时640～800公里），飞行高度也有限，单向活门的工作寿命短，加上振动剧烈，燃油消耗率大等缺点，使得它的应用受到限制。

噪声源分析脉冲喷气发动机的噪声主要为空气动力性噪声, 包括燃烧噪声、排气噪声及进气噪声。

（1）燃烧噪声：脉冲喷气发动机是利用燃烧室内强烈的气流脉动工作的，是脉动燃烧技术的具体应用，其燃烧噪声是不可避免的。1

（2）排气噪声：脉冲喷气发动机是依靠本身的结构所构成的声学条件和供油所提供的加热条件共同耦合形成的自激自吸的脉动燃烧过程工作的，因此，任何结构参数的改变均可能影响脉冲喷气发动机的工作条件，使其不能正常工作，特别是燃烧室体积、尾管截面积、尾管长度等参数，与发动机的工作性能关系极为密切，不能轻易改变。此外，脉冲式热烟雾机通过脉动燃烧产生的高温高速热燃气使药液蒸发气化并从喷管尾部喷出，不能轻易通过改变燃烧器尾管的形状及加装排气消声器来控制排气噪声，以免影响发动机的工作性能或影响其内气流的速度从而破坏整个设备的工作性能。1

（3）进气噪声：可以通过控制脉冲发动机进气噪声来降低其整体噪声，虽然在进气口采取降噪措施也在一定程度上改变了发动机的结构参数，但对其工作性能的影响要比控制排气噪声所采取的措施产生的影响要小，因此，力争在保证脉动燃烧器及整个设备工作性能的基础上，尽可能的控制进气噪声，从而达到脉冲喷气发动机总体性能的最优组合。1

无阀脉冲式喷气发动机无阀脉冲喷气式发动机是在有阀式脉冲喷气式发动机原理上改进而来的，包括进气道、燃烧室、尾管、燃料系统、点火系统和辅助启动系统，它可以看成是一个中空的、截面变化的管道。3这种发动机与有阀脉冲发动机一样，需要用打气筒或压缩气瓶充气，气体与喷油嘴喷出的燃油混合进入燃烧室，被火花塞产生的电火花引燃，产生高温而急剧膨胀，因为燃烧室后接一个细长的喷管，进气管又细小，所以燃烧室内压力急剧增大。在此压力下，高温燃气大部分从喷管喷出，燃烧室内压力迅速减小，由此产生的压力差使新鲜燃气重新进入燃烧室，并使部分燃气回流点燃新鲜燃料，完成工作循环。3

构造相比早期脉冲喷气式发动机，由于无阀式没有阀片，因而工作寿命被大大增加，工作稳定性也得以提高。

脉冲式喷射引擎的构造：（1）排气管，作用是燃烧油气、产生推力；（2）单向阀，作用是阻止燃烧中的油气从引擎前端跑出；（3）燃油系统，作用是供应燃油。

引擎的运作过程（1）启动高压空气供应，并且开启燃油供应系统。同时高压空气将阀片吹开，燃油被带入燃烧室中混合，并且启动火星塞。

（2）油气发生爆炸，单向阀被爆炸的压力给关闭，所有的气体只能从排气管出去。

（3）燃烧完毕，产生负压现象，单向阀被负压吸开，油气与排气管中的火焰同时被吸进燃烧室，然后返回2直到燃油用尽或引擎被关闭为止。

在烟雾机中的应用烟雾载药技术是防治卫生飞、爬虫及消毒行之有效、快捷的防治方法，具有很好的弥漫性、扩散性，可到达其他方法很难防治到的地方，适用于下水道、化粪池、垃圾中转站、仓库、农贸市场、宾馆、饭店等处的杀蟑、灭蚊、蝇及消毒等工作，具有工效高、成本低、药效长等特点。我国的卫生防疫系统早在20世纪六、七十年代就开始试用烟雾载药技术进行消杀，近几年来进口和国产的烟雾机的使用，使烟雾载药技术得到了应用和推广。1

烟雾机的主要动力是脉冲喷气发动机，脉冲喷气发动机具有燃烧强度高、燃烧效率高、污染小、结构紧凑等突出优点，但其存在着致命的弱点，即噪声大。这不仅不利于操作者的身体健康，同时也造成了噪声污染，影响着人们对它的研究兴趣，是其大力应用推广过程中的一个潜在的阻碍，因此需要对其噪声进行控制。1