爆震燃烧横向声振现象的机理研究

发展了一种新型低能量(50 mJ)单级起爆系统,在内径为60 mm的脉冲爆震发动机模型上,采用汽油/空气混合物,成功地进行了两相脉冲爆震发动机原理性实验,所测量的爆震波压力接近充分发展的爆震波。通过实验发现,爆震反应区中存在频率范围为10~12 kHz以爆震管内径为特征尺度的横向声振现象。当对爆震波时间-压力曲线进行该频段范围的带阻滤波时,爆震波峰值压力显著降低,说明该横向声振现象对于爆压等特性参数具有较为明显的影响作用。根据爆震波的横向声振机制,提出了在爆燃向爆震转变过程及爆震自持过程中,通过抑止或促进这种横向声振机制来实现对爆震波及其转变过程进行控制的方法。     

导弹用吸气式两相脉冲爆震发动机可行性研究

设计了内径为60 mm的吸气式两相脉冲爆震发动机,并在冷流条件下测试了进气道的流阻系数。在接近大气压条件下,成功地进行了以汽油为燃料、以空气为氧化剂的吸气式两相脉冲爆震发动机原理性试验。试验中在爆震管内部安装Shchelk in螺旋来促进爆震波的生成,所测量的爆震波压强接近充分发展的爆震波,发动机最高工作频率达到15 H z;进气道内压强变化幅度小于0.1 M Pa,说明所设计的进气道与爆震管匹配良好,这为将脉冲爆震发动机用于工程实际提供了技术储备。     

脉冲爆震火箭发动机模型实验研究

阐述了脉冲爆震火箭发动机的工作原理及其特点。设计并建立了整套脉冲爆震火箭发动机实验模型。以液体燃料航空煤油为燃料、氧气为氧化剂、压缩氮气为隔离气体，在内径为25mm，长度为0．8m的爆震管内产生了充分发展的爆震波。测量了不同工作频率下的爆震波压力，并对其进行了分析。实验结果表明，在设计的实验模型中，采用低的点火能量（50mJ）能够在较短的距离内产生充分发展的爆震波。     

燃油温度对PDE性能的影响实验

在内径为110 mm的大管径爆震发动机模型上,以不同温度的煤油为燃料,空气为氧化剂,成功进行了脉冲爆震发动机(PDE)实验,并获得了爆震波;分别测试了在不同温度,相同频率下和相同温度,不同频率下,发动机性能(爆震波速、压力、起爆距离)的变化。实验发现燃油温度高低直接影响爆震效果,温度较高时,发动机较容易起爆,爆燃向爆震转变距离(Deflagration to Detonation Transition,简称DDT)缩短;在相同温度下,随着频率升高爆震波速下降。     

高频脉冲爆震火箭发动机的试验研究

文章采取了一些提高脉冲爆震火箭发动机工作频率的措施,并在脉冲爆震火箭发动机模型上进行了一系列试验研究。试验中对脉冲爆震火箭发动机模型的推力和沿程压力进行了测量,为了提高推力测量的准确性,该研究对推力测量系统进行原位校准。试验结果表明,该模型的工作频率能够达到40 Hz,校准后的推力测量结果接近理论推力。工作频率为35 Hz时,爆震压力峰值超过3.4MPa,该模型校准后的时均推力为43.9 N。工作频率为40 Hz时,爆震压力峰值3.2 MPa,该模型校准后的时均推力为50 N。     

脉冲爆震发动机引射器增推性能的实验研究

为了研究脉冲爆震燃烧这种耦合有复杂激波结构的非稳态脉动气流的引射增推性能,采用汽油为燃料、空气为氧化剂,对基于爆震燃烧的脉冲爆震发动机在加引射器前后的推力进行了实验测试。实验采用在技术比较成熟的内径60 mm脉冲爆震火箭发动机上安装内径120 mm的引射器,分别测试了15 Hz、20 Hz、25 Hz、30 Hz 4种不同频率下,引射器与发动机11种不同相对轴向位置处的推力增益。实验发现脉冲爆震发动机引射器能很好地提高发动机推力,当引射器入口位于发动机出口上游位置比处于其下游时推力增益较好,最大推力增益可达158%;并且发动机高频比低频产生的推力增益大。     

脉冲爆震发动机基本尺寸的确定

基于脉冲爆震发动机（PDE）的性能参数与结构参数之间的关系，针对汽车和甲烷两种燃料，计算了在一定的设计平均推力水平下，瞬时推力、爆震管长度、爆震管直径和爆震频率各量之间的依赖曲线。依此计算及设计思路，设计的两套模型PDE均能按要求正常工作，说明了该设计方法的可靠性，并为脉冲爆震发动机的结构方案设计提供了技术储备。     

气动阀式脉冲爆震发动机推力因数

为了进一步研究脉冲爆震发动机(PDE)的有效推力,对影响有效推力的因数进行了研究.采用旋流式气动阀,在爆震管直径60 mm内成功实现了吸气式汽油/空气PDE的连续爆震燃烧.冷态状态下研究了PDE阻力和爆震管填充速度与冲压来流速度的关系,热态状态下研究了气动阀推力壁压力.对一个工作周期正反向推力和阻力的计算结果表明,PD...     

脉冲爆震燃烧室与涡轮组合的性能试验研究

采用脉冲爆震燃烧室(PDC)与涡轮增压器组合,汽油和空气作为燃料和氧化剂,进行了PDC与涡轮组合的原理性模型试验装置的试验,研究了作为涡轮负载的压气机的性能随点火频率变化的趋势.试验结果表明:脉冲爆震燃烧室在1～10 Hz点火频率范围内稳定工作,在PDC内得到了充分发展的爆震波;当点火频率为10 Hz时,涡轮带动压气机产生的压气机压比为1.216,压气机功率和压缩等熵功率为2.756 kW和1.663 kW,压气机效率为0.603,与涡轮增压器厂家数据基本吻合;当点火频率增大时,压气机压比、压气机加给每千克空气的功、压气机功率和压缩等熵功率以及压气机效率增大,涡轮做功增大.     

喷管角度对脉冲爆震发动机性能影响数值研究

为了研究喷管角度对脉冲爆震发动机性能的影响,以丙烷和空气分别为燃料和氧化剂,对采用不同收敛角和扩张角喷管的脉冲爆震发动机工作过程进行了单循环数值模拟。研究结果表明,收敛喷管的收敛角和扩张喷管的扩张角对脉冲爆震发动机性能的影响规律是不同的。收敛喷管出口要比扩张喷管出口更早地形成膨胀波系,扩张喷管出口膨胀得要比收敛喷管出口膨胀得更为充分。对于收敛喷管而言,无论收敛角度如何变化,都会有正的推力增益;对于扩张喷管,当扩张角度超过9°时,就会产生负的推力增益。喷管收敛角为9°时的脉冲爆震发动机性能较好。     

混合气体燃烧中压力对爆震波特性参数影响研究

采用平衡常数法对烃一空气混合气体燃烧中爆震燃烧产物的平衡温度、平衡压力及爆震波速进行了计算与分析。在此基础上研究了混合气压力对爆震波特性参数的影响。研究结果表明：在同一混气余气系数下，平衡温度和爆震波速随混气压力的增大而增大，而平衡压力则随混气压力呈线性增大。同时，对于不同燃料，分子量越大，其平衡温度、平衡压力就越高。     

障碍物强化爆震起爆和传播的数值模拟与验证

采用非稳态二维轴对称数值模拟的方法研究了圆环形障碍物对爆震起爆和传播的影响,并通过实验进行了验证。研究表明:爆震形成之前,激波的反射与聚交能够产生高温高压点,并大大提高该区域的反应速率,促成局部能量的快速释放,产生局部爆炸;火焰传播速度与相对于障碍物的位置有关,具有极高的脉动特性;DDT(deflagration to detonation transition)过程中迅速增压是在火焰传播到一定区域后开始,在该区域形成向2个方向传播的压缩波,向未燃区传播的压缩波不断加强形成爆震,向已燃区传播的压缩波称为回传爆震,不断衰减;障碍物导致爆震管中压力温度分布极不均匀,与没有障碍物的爆震管完全不同。     

预混气体爆轰波传播定性仿真建模研究

借助定性仿真,建立预混气体爆轰波的传播定性模型,推理分析不同初始压力下,预混气体爆轰波传播速度,研究预混气体爆轰波爆轰过程中传播速度与初始压力的关系,且采用定量的实验验证定性的建模推理分析结果.结果表明,定性推理分析的结果与实验结果是一致的,即随初始压力的逐渐增大,爆轰波的传播速度逐渐加大.爆轰波传播定性建模推理分析对安全传输可燃性气体和管道阻火器的安全使用具有重大意义.     

镁粉尘燃烧转变为爆轰的研究

本文利用我们研制的多种激波管技术成功地研究了镁粉尘燃烧转变为爆轰(俗称 DDT)过程。研究表明,镁粉尘颗粒大小对镁粉 DDT 过程影响不大。对于强冲击引爆,镁粉尘爆轰压力和速度随着氧含量的增加而急剧增加,它们的相对增加量可达4倍之多;在弱冲击引爆时,镁粉尘仅产生燃烧,其爆炸压力和速度都比较弱;在反射波引爆时,能产生较强的镁粉尖爆轰。本文利用烟膜技术和传感器技术直接证明了镁粉尘爆轰的存在。     

低温等离子体点火乙炔／空气爆震特性试验

为研究交流驱动低温等离子体点火触发爆震特性,在长1.5 m、内径60 mm的爆震管上,以乙炔为燃料,空气为氧化剂,按分压法配气,通过循环,使爆震管内混气混合均匀,进行气相单次爆震实验.采用交流驱动低温等离子体点火,单次放电时间0.5 ms,放电能量约为0.2 J.在点火的同时,用压力传感器和离子探针同时采集爆震管内的压力波和火焰传播特性.实验表明:交流驱动低温等离子体实现了乙炔/空气点火起爆过程,余气系数0.6及1.0混气产生很强的爆震波,余气系数下降,混气压力下降,爆震波传播速度和峰值压力下降,DDT距离和时间增加;余气系数1.4混气不能产生爆震波.