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第4届爆轰与爆震发动机研讨会

召开年：2015
召开地：北京
出版时间： 2015-10

主办单位：中国力学学会;中国工程热物理学会

会议文集：第4届爆轰与爆震发动机研讨会论文集

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1.旋转爆震发动机研究进展
- 马虎;武晓松;王栋
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：旋转爆震发动机由于其潜在优势,现已成为爆震推进领域的研究热点.本文主要介绍了国内外各研究机构在旋转爆震发动机领域的最新研究进展,总结了目前所取得的主要研究成果,探讨了旋转爆震发动机与涡轮或冲压组合的潜在优势,为旋转爆震发动机的研究和应用提供参考.目前，各研究机构在RDE领域取得了较多研究成果，积累了较为丰富的研究经验，论证了RDE做为未来推进系统的可行性及其潜在优势，实现了纯气相RDE可靠点火以及旋转爆震波稳定传播等。未来的研究将集中在改善RDE推进性能、气液两相RDE以及RDE与涡轮或冲压的组合动力等方面。
2.斜爆震发动机燃料喷注与进气道压缩一体化设计仿真研究
- Yang Hui;杨晖;Zhu Shoumei;朱守梅;Li Hongdong;李宏东;Gong Jishuang;宫继双;Zhang Yining;张义宁
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：本文以斜爆震发动机为背景,研究了一类配置有悬臂梁燃料喷注结构的高超声速进气道.首先,通过理论分析确定了进气道设计点:飞行马赫数Ma=8,飞行高度28.5km.其次,通过配置16°/9°悬臂梁喷孔组合阵列,设计了一套进气道方案,并利用商用软件Fluent研究了该进气道流场特性.研究中将燃料氢气的喷注参数作为自变量,分析了不同条件下一体化设计进气道出口燃料/空气掺混特性和进气道压缩特性.研究结果表明,随着燃料喷注静压和喷注总温的升高,进气道出口燃料/空气掺混效率η逐渐降低,而进气道激波系压缩效应逐渐增强;随着燃料喷注总压的升高,进气道出口燃料/空气掺混效率η近似保持不变,而进气道激波系压缩效应相对减弱.综上,通过本文研究获得的设计经验和分析方法将对未来斜爆震发动机进气道设计研究提供有力支撑.
3.几种脉冲爆震涡轮发动机性能分析
- ZHANG Shu-ting;张淑婷;ZHENG Long-xi;郑龙席;LU Jie;卢杰;WANG Ling-yi;王凌羿
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：为研究不同类型PDTE的性能,结合PDC特性图模型与传统航空燃气涡轮发动机性能计算方法建立了PDTE总体性能计算方法,对4类PDTE的总体性能进行计算,得到了各类PDTE的速度特性、高度特性变化规律,并比较了四类PDTE在设计点的性能,比较结果表明,PDC用于外涵加力产生的单位推力比用于主燃烧室高,同时用于外涵加力和主燃烧室时,单位推力大且耗油率低.
4.连续旋转爆震冲压发动机推力性能直连式试验研究
- 刘世杰;王超;刘卫东;林志勇;李凯军
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：在总温860K、流量600g/s的空气来流条件下,通过改变当量比和爆震室内流道构型开展了系列试验,发现旋转爆震与空气来流间存在三种作用类型:空气来流不受影响、隔离段受影响、空气加热器受影响.另外还对比分析了爆震室尾喷管构型的影响规律,发现扩展喷管对爆震室上游的压力分布影响不大,但其有利于爆震产物膨胀加速,使得爆震室下游压力进一步下降,一定程度上提高了推力性能;在收缩尾喷管构型下更容易形成双波,且随着喉部尺寸减小,形成双波所需的最小当量比先减小后增大;收缩型尾喷管可大幅提高爆震室压力,从而提高推力性能,但当室压较高时,易于影响上游空气来流.
5.多管脉冲爆震发动机总体性能分析
- Sun Kongqian;孙孔倩;Zhang Yining;张义宁;Wei Xing;魏星;Gong Jishuang;宫继双;Zhu Shoumei;朱守梅;Meng Hao;孟皓
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：针对多管脉冲爆震发动机,建立了带进气道及尾喷管的多管PDE性能模型,其中燃烧室进气模型采用等压填充模型,燃烧流阻系数由三维数值仿真及试验结果进行修正,起爆及爆震波的传播采用等容燃烧模型,排气过程则为非定常绝热膨胀过程,燃烧室的填充及排气过程均需与喷管相匹配.该模型更接近工程实际,通过该计算方法对多管PDE发动机进行性能估算,并通过三维动态数值仿真进行流阻系数修正,求解发动机推力的过程能够预测出喷管的影响,双喷管形式能够实现理想性能,并给出了喷管喉道,最终得到发动机速度特性.研究结果对工程应用的多管PDE设计具有重要意义.
6.旋转阀旋转对PDE进气道流动影响研究
- Du Mo-chen;杜沫辰;Zhu Shou-mei;朱守梅;Zhang Yi-ning;张义宁;GONG Ji-shuang;宫继双;Cui Dian-fei;崔佃飞
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：针对旋转阀在脉冲爆震发动机中应用的工程需求,本文采用非定常的仿真计算方法,研究了旋转阀旋转对轴对称构型进气道的流场的影响规律.结果表明:在轴对称进气道工作在超临界状态下时,旋转阀转动会使结尾激波向上下游波动,喉道处静压上升,但不会影响进气道的起动;在进气道工作在临界状态时,旋转阀转动时反压上升,内压段出现较大分离包堵塞进气道进口,外压段波系结构受到破坏,进气道进入不起动,且降低反压并不能使进气道再起动.
7.连续旋转爆轰发动机气体力扭矩的计算
- 张立锋;王健平
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：气流在连续旋转爆轰发动机(Continuously Rotating Detonation Engine,CRDE)通道内流动时,周向速度会发生变化,因此相对于发动机轴线的轴向动量矩会发生改变.则说明流场受到燃烧室作用力距,那么就会有反扭矩作用于燃烧室,使燃烧室旋转.本文从2D数值模拟结果出发,研究了流场作用于燃烧室的轴向扭矩及产生的轴向角加速度.
8.喷管结构尺寸对旋转爆震发动机推力及比冲的影响
- 高剑;武晓松;马虎;徐灿
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：为了研究拉瓦尔喷管喉部宽度和扩张比对旋转爆震发动机推力及比冲的影响,设计了旋转爆震发动机推力试验台,模型发动机的环形燃烧室平直段的内径和外径分别为70mm和80mm,长度为40mm,在发动机燃烧室出口处可以分别安装扩张比为1.5,喉部宽度分别为1.5mm、2mm及2.5mm的拉瓦尔喷管,以及喉部宽度为2mm,扩张比分别为1.5、1.75、2及2.5的拉瓦尔喷管,发动机采用环缝-喷孔对撞式掺混方式,以H2和Air分别作为燃料和氧化剂,使用高能火花塞直接点火,并用压电式力传感器测量推力.通过实验发现,在发动机稳定工作的工况范围内,当拉瓦尔喷管喉部尺寸逐渐增大时,发动机的推力及比冲是逐渐降低的;当入口质量流量在0.116kg/s及其以下时,随着拉瓦尔喷管扩张比的逐渐增大,发动机的推力及比冲也是逐渐降低的,而当入口质量流量达到0.126kg/s时,随着拉瓦尔喷管扩张比的逐渐增大,发动机的推力及比冲表现出逐渐增大的趋势.
9.旋转爆震发动机不同位置点火实验研究
- PENG Lei;彭磊;WANG Dong;王栋;XU Xueyangn;徐雪阳;YANG Chenglong;杨成龙;MA Hu;马虎;WU Xiaosong;武晓松
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：为深入研究点火位置对旋转爆震发动机工作特性的影响,本文采用小能量火花单次点火的方式在发动机轴向上六个不同点火点进行起爆实验,其中三处位于燃烧室外.发动机采用环缝-喷孔对撞式掺混方式,燃料为H2,氧化剂为空气,实验均成功起爆旋转爆震波,并连续旋转稳定传播.在燃烧室外能够成功起爆的原因可能与出口处回流区的影响有关;在保持工况条件一致的情况下,发动机工作特性非常稳定,各次实验旋转爆震波工作频率在5807Hz-6390Hz之间波动,点火位置对其发动机工作特性无明显影响.
10.运用带源项非结构网格CE/SE方法研究尾喷管对脉冲爆轰发动机爆轰排气流场特性的影响
- 王研艳;翁春生
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：为了研究尾喷管结构对非定常两相脉冲爆轰发动机爆轰和排气流场的影响,推导了带源项非结构三角形网格求解元守恒元数值方法(CE/SE方法)的计算格式,应用该方法数值研究了满填充工况下带不同尾喷管脉冲爆轰发动机的内外流场和爆轰推进性能.研究表明:该非结构网格CE/SE方法可有效捕捉变截面管中强间断和复杂波系结构.各类喷管中含收敛段喷管排气时间增长,气流在收敛段喉部发生壅塞;含扩张段喷管内出现斜激波过膨胀现象.当环境压力为0.1MPa、填充率为1时,单次爆轰模式下带不同类型喷管的汽油/空气两相脉冲爆轰发动机的推进性能表现为:除Geom-2号扩张喷管外其它各类喷管在爆轰和排气进程中均能提高发动机的冲量.
11.基于双目立体视觉的三维火焰表面重构实验
- 黄希桥;熊月飞;李墨祺;郭卓;郑龙席
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：为了获得一种能够对燃烧火焰实现三维有效诊断的实验方法,论文将双目立体视觉技术引入燃烧诊断领域,搭建了用于燃烧流场诊断的高速双目立体视觉系统,并利用开发的软件实现了对非预混冲击火焰表面的三维重建,重建后的三维数字图像可以清晰地看到火焰表面的三维几何结构.同时还对连续拍摄的图像进行处理,得到火焰在某一微小时间间隔中的发展情况,实验结果表明利用该技术可以实现对燃烧火焰的三维有效测量.
12.适用于旋转阀PDE的外混式气动雾化喷嘴试验研究
- JIA Bingyue;贾冰岳;ZHANG Yining;张义宁;GONG Jishuang;宫继双;WEI Xing;魏星;孙孔倩
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：对于旋转阀式多管脉冲爆震发动机来说,燃油雾化质量以及供气和供油相匹配对发动机燃烧组织及工作过程实现至关重要.本文根据实际发动机的油气匹配需要,设计了一种条形外混式气动雾化喷嘴,并开展了雾化特性试验研究,试验结果表明,在气液比为1.5时,距喷嘴出口5cm处SMD为15μm左右,表现出了优越的雾化性能,为提高PDE性能提供了有力保障.
13.激波聚焦两级爆震发动机燃气发生器设计与数值模拟
- PAN Hu;潘虎;LI Yinghong;李应红;HE Liming;何立明;CHEN Xin;陈鑫;ZHANG Yining;张义宁;GONG Jishuang;宫继双
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：为了获得激波聚焦起爆的燃气组分,设计了煤油/空气燃气发生器.燃气发生器采用双层圆筒式结构,通过内筒壁面的进气孔控制燃气发生器内部流量分配,不仅可实现可变流量工况下的稳定工作,同时可对煤油进行热解预处理,有利于起爆的发生.通过三维N-S方程和标准k-ε湍流模型分析煤油、空气的混合流动特性,同时考虑气相与液相的相互影响,采用简单概率密度函数描述燃烧反应产物的分布(PDF模型),分析了燃气发生器内的流动、雾化和燃烧过程,对流场进行了数值模拟.设计的燃气发生器工作压力范围为0.5-1.0MPa,空气流量为0.6-2.5kg/s,出口总温约550K,能够满足激波聚焦起爆的混气条件.
14.气液两相爆轰连续旋转爆轰数值研究
- 李宝星;翁春生
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：为了研究液体燃料连续旋转爆轰发动机(Continuous Rotating Detonation Engine,CRDE)中爆轰波形成与传播过程,本文采用二维CE/SE方法,对汽油、富氧空气两相连续旋转爆轰发动机爆轰过程进行数值模拟,分析了连续旋转爆轰发动机气液两相爆轰流场和爆轰波结构以及入口和出口处的流场变化规律,揭示了CRDE自持传播机理.计算结果表明,燃料以时段阶梯填充方式来起爆旋转爆轰,可快速有效地形成单方向稳定传播的爆轰波;在周向方向上出口处的流场间断面要延后于入口处的间断面,出口流场间断面主要是由斜激波和接触间断面造成的,而入口流场间断面是由爆轰波引起的.通过对气液两相CRDE的二维数值模拟,可更好地了解液体燃料CRDE的工作过程,为液体燃料CRDE研究提供指导.
15.基于涡轮发动机的大尺度旋转爆震燃烧室数值仿真
- Li Dong;李冬;LIU Zhen-de;刘振德;ZHANG Yi-ning;张义宁;Meng Hao;孟皓;Gong Ji-shuang;宫继双
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：针对某小型涡喷发动机结构及典型状态参数,开展了大尺度环形旋转爆震燃烧的数值模拟.以压气机出口参数作为爆震燃烧室进口条件,以氢气为燃料,空气为氧化剂对其掺混过程进行数值模拟;基于带化学反应的三维N-S方程,采用氢气/空气9组分34步基元反应模型对连续旋转爆震燃烧室内爆震燃烧过程进行数值仿真.研究结果表明:在涡喷发动机工作环境下采用旋转爆震组织燃烧是可行的,其爆震波稳定传播波速为1847m/s,燃烧室稳定工作,在掺混段总压恢复系数为0.75情况下爆震波高度为8.5mm.
16.微型障碍物通道内火焰加速和DDT的数值研究
- HUANG Yue;黄玥;JI Hua;嵇华;LIEN Fue-sang;连复桑;TANG Hao;唐豪
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：采用高精度AMR方法研究了微型障碍物管内火焰加速和缓燃转爆震机制.控制方程为二维包含反应流的Navier-Stokes方程,使用HLLC(Har ten,Lax,van Leer,Contact)近似黎曼解结合并行自适应网格算法、高精度MUSCL-TVD型数据重构技术的有限体积法求解方程.利用基于层流火焰的起爆模型研究了不同障碍物分布对火焰加速至爆震过程影响,基于数值结果归纳出几种不同火焰加速和触发爆震波的机制;障碍物间距增加,火焰加速变慢,触发爆震时间和距离增加;层流火焰加速至CJ爆燃波速度左右是触发爆震波的必要条件,如果激波后压缩混气微团的反应时间足够小,则诱导爆震发生,反之为快速的缓燃波.
17.入口质量流率及外界反压对分开喷注旋转爆震影响的数值研究
- XU Xue-yang;徐雪阳;WU Xiao-song;武晓松;ZHUO Chang-fei;卓长飞;MA Hu;马虎
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：为了研究真实情况下入口质量流率及外界反压对非预混喷注旋转爆震发动机工作过程的影响,本文采用氢氧7组分8步化学反应的基元反应模型,忽略黏性、热传导和扩散等输运效应.对真实情况下燃料(H2)和氧化剂(air)分开喷注的旋转爆震发动机进行三维数值模拟,深入分析了非预混条件下的旋转爆震波流场结构,探讨了质量流率及外界反压对发动机性能的影响.计算结果表明:本文所用方法可有效模拟燃料与氧化剂非预混喷注的旋转爆震波流场;在本文给定的计算条件下,随着入口质量流率的提高,发动机推进性能明显提高,但其冷流掺混性能有所降低;随着外界反压的增大,发动机的平均推力、基于混合物的比冲及爆震波高度逐渐减小,发动机的冷流掺混性能及传播速度逐渐提高.本文的研究结果可为旋转爆震发动机的发展提供进一步的参考.
18.环形爆震室引射增推试验研究
- QIN Ya-xin;秦亚欣;GAO Ge;高歌
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：对爆震室的填充比、引射喷管的种类、轴向位置、长度等参数对环形爆震室引射推力增量的影响进行了试验研究分析.研究发现直引射喷管和直-扩引射喷管都是在轴向位置X=0mm处时增推效果最好;直-扩引射喷管对爆震室的引射推力增量比直引射喷管的推力增量大;直引射喷管长度为590mm时推力增量最大,直-扩引射喷管长度为690mm时推力增量最大,推力增量最大值分别为25.9％和40.1％.
19.TSP转捩探测及中高温度段TSP涂料研究
- 衷洪杰;尚金奎;赵荣奂;陈海峰;王鹏;赵民
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：发展了一种基于TSP的转捩位置探测技术,研发了一种适用于中高温度测定的新型TSP涂料.在生产型风洞中对TSP转捩位置探测技术进行了应用验证,在实验室环境下对新型涂料多种特性进行了测定.在中高温度段TSP涂料研究中,使用荧光光谱仪对涂料吸收谱、发射谱进行了测定,获得了涂料吸收谱和发射谱曲线,并对涂料荧光寿命进行了估算;使用TSP实验室校准系统对涂料温敏特性进行了测定,得到了温敏特性曲线,同时也测定了涂料的压敏特性;在铝基样片和钢制模型表面进行了涂料喷涂测试.TSP转捩位置探测技术验证试验和涂料性能测定试验表明,TSP转捩位置探测技术能够用于模型表面转捩位置探测,新研TSP涂料适宜于中高温度段温度测定.
20.北京大学连续爆轰发动机研究进展
- 王健平
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：连续爆轰发动机(RDE)是一种基于爆轰燃烧方式的新概念发动机,具有一次起爆、热效率高、结构紧凑等优点,有望带来航空航天推进技术的跨越式发展,近年来受到国内外的高度关注.本文从实验研究和数值模拟两个方面,介绍了北京大学燃烧推进中心RDE的研究进展,并总结其具有代表性的研究成果.分别开展了二维、三维，以氢气为燃料的一步化学反应、两步化学反应和基元化学反应，圆柱和广义坐标系下的数值模拟研究。对连续旋转爆轰流场结构、可燃混合物成功入射、提前燃烧、入流上下极限、喷管效应、粘性效应、比冲、流量、推力、进气方式、爆轰波的产生和熄灭、多波头现象形成与演化、燃烧室头部激波反射等进行了广泛、深入、细致地研究。
21.飞行Ma数及压缩系统对斜爆震冲压发动机性能的影响研究
- GONG Ji-shuang;宫继双;LIU Zhen-de;刘振德;ZHANG yi-ning;张义宁;LI Dong;李冬
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：斜爆震冲压动力技术是Ma10量级飞行器采用吸气式动力的优选方案.本文以52kPa飞行动压为设计状态,利用最小Gibbs自由能法求解驻定CJ斜爆震燃烧特征,以发动机的燃料比冲和单位推力最高为优化目标,研究了不同飞行马赫数下压缩系统性能和混气当量比对发动机性能的影响规律.研究发现,在一定的飞行动压下,存在一个最佳的飞行Ma数,此时的发动机性能最优;采用斜爆震动力的Ma10量级飞行器进气道出口速度应设计在来流Ma数的1/3附近.本文的研究方法与成果可为Ma10量级飞行器发展提供参考.
22.基于爆震燃烧内燃波转子设计及初步研究
- 李建中;巩二磊;刘博强;李维
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：将基于爆震燃烧实现等容燃烧的内燃波转子嵌入某型涡轴发动机,建立基于内燃波转子技术的涡轴发动机热力循环模型,分析总体性能变化规律和各部件进出口气动热力参数,在此基础上进行内燃波转子方案设计,包括进气道、燃料喷注结构、静止端口、转子通道、排气喷管、密封盘、热射流点火装置等主要部件,建立了静止单通道、旋转单通道和全环三套内燃波转子试验平台,开展了内燃波转子非定常流动、密封泄露、混气形成、热射流点火、火焰结构及传播等相关理论和技术研究,揭示了内燃波转子非定常流动特征及混气分布规律,采用胀圈密封实现了较好密封效果,在进气压力为0.01和0.02MPa时实现了冷态增压,采用热射流点火装置,实现了转子通道内丙烷与乙烯预混气的成功点火,以乙烯为燃料时火焰传播速度更快,初步揭示转子通道内火焰结构及传播过程.
23.连续爆震涡轮发动机性能分析和工作过程研究
- MENG Hao;孟皓;ZHAO Zhi;赵志;ZHANG Yi-ning;张义宁;LI Dong;李冬;GONG JI-shuang;宫继双
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：本文以某型成熟涡轮发动机设计参数为基准,采用连续爆震燃烧室替代传统涡轮发动机的等压燃烧室,分析了连续爆震涡轮发动机的总体结构,计算了连续爆震涡轮发动机的总体性能,并与该型涡轮发动机的性能进行对比分析.结果表明,采用爆震燃烧模式可显著提高涡轮发动机的性能,工作范围更宽,并且随着涡轮材料和冷却技术的进步,比冲性能还可进一步提高近30％.计算结果为该型发动机的总体设计和试验研究提供了理论参考.
24.多管脉冲爆震发动机流动特征数值模拟
- 魏星;张义宁;宫继双;孙孔倩
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：多管脉冲爆震发动机工作过程具有典型的非稳态特性,为了获得其工作过程的内流特征,本文中使用fluent计算软件对脉冲爆震燃烧室非稳态流场进行了数值模拟,采用了k-ε湍流模型,获得控制间歇进气旋转筒转动过程中,燃烧室空气入口和各爆震管的流量变化和流场特征,结果显示当某一爆震单元单独进气时,总流量最小,两对爆震管同时进气时喉道面积最大,流量达到最大值.发动机工作过程可以根据流量的变化趋势调节阀门打开、关闭所占的时间比例.结合得出的转动频率和流量的关系曲线,对于燃烧室的进气流量和工作频率的匹配有一定的指导意义.
25.气液两相PDE推力形成机理研究
- 武郁文;韩启祥;王家骅;杨光远
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：为了研究气液两相PDE推力形成机理,本文通过理论分析了气液两相PDE的推力增益损失来源,预估各推力增益损失来源对理想推力增益的影响大小,并在气动阀式PDE进行实验验证.结果表明:油珠直径对两相混气而产生的推力增益损失影响很大;燃气膨胀过程中流过钝体时产生的推力增益损失随扰流片在爆震管内的长度变长而逐渐增大;膨胀过程燃气倒流与气动阀的堵塞比有关,堵塞比越大,倒流产生的推力增益损失越小.进行验证的PDE样机采取了多种降低推力损失的措施,在工作频率为19Hz的情况下可以连续起爆,PDE的平均推力为25.5N.PDE推力小可能是由于油珠碰壁以及掺混较差导致的.
26.脉冲爆震火箭发动机喷管效应理论分析
- YAN Yu;严宇;HONG Liu;洪流
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：本文提出了一种快速评估喷管对脉冲爆震火箭发动机性能影响的理论分析模型,分析了收敛扩张喷管、扩张喷管以及收敛喷管对脉冲爆震火箭发动机的性能影响.在模型中,假定爆震燃烧是瞬间发生的,然后进行非稳态排气过程,排气过程进行至喷管内出现激波为止.计算结果表明:合适的扩张喷管或收敛扩张喷管相比于收敛喷管,能产生更多的性能增益;在不同喷管结构下,计算结果表明比冲随膨胀比的变化趋势是先增大后减小,存在一个最佳膨胀比.
27.燃料喷注位置对旋转爆震发动机工作的影响研究
- 杨成龙;武晓松;徐雪阳;马虎
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：采用氢氧7组分8步基元反应简化模型,忽略黏性、热传导和扩散等输运效应,对燃料(H2)和氧化剂(Air)分开喷注的旋转爆震发动机模型进行了三维数值模拟,在保证发动机模型相同的情况下,开展了不同喷注结构下的旋转爆震发动机点火实验.研究分析了非预混条件下的旋转爆震发动机流场结构,探讨了燃料喷注位置对爆震波传播特性的影响.研究结果表明,随着燃料喷注位置的前移,燃料与氧化剂的混合更均匀,爆震波的强度增强,传播速度增大,而且实验结果表明,燃料喷注位置的前移有利于旋转爆震波的稳定传播,发动机的连续爆震工作范围更宽.
28.煤油/富氧空气两相连续旋转爆震发动机工作特性研究
- 王迪;周进;林志勇
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：本文在两相连续旋转爆震模型发动机上,以煤油为燃料、富氧空气为氧化剂,对两相连续旋转爆震波的起爆和稳定后的传播热性进行试验研究.在煤油流量为78g/s,氧气流量为223.965g/s,空气流量为72.5g/s的工况下,得到爆震波传播频率0.904kHz,爆震波的平均转速648.8m/s.爆震波以单波模态进行传播,对高频压力传感器信号进行FFT处理,利用高频压力的时域、频域特征分析了两相爆震燃烧流场中的流动燃烧过程.
29.二次补油距离和燃油配比对两级脉冲爆震发动机预燃裂解的影响
- 朱晓彬;陈鑫;荣康;何立明
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：两级脉冲爆震发动机中预燃裂解的效果对共振腔内起爆效果和可靠性有重要影响.基于火焰面模型,对一级预燃室中煤油预燃裂解的效果进行了数值仿真,讨论了两次喷油之间的距离d和燃油配比R对预燃裂解效果的影响.计算结果表明:(1)d主要通过影响反应物的驻留时间来影响反应产物的生成,d越大,第二级喷油位置距离预燃室出口越近,驻留时间越短,各主要可燃小分子产物含量越低;(2)R则同时影响预燃室内的温度和反应物的驻留时间,R越大,各主要可燃小分子产物含量越低;(3)温度过高时不利于较稳定的可燃小分子产物产生.
30.曲率对旋转爆轰传播特性的影响
- 归明月;范宝春;潘振华;董刚
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：通过数值模拟研究了爆轰波在环形管道内传播时的胞格结构.数值模拟基于带化学反应的二维Euler方程,采用五阶精度的WENO格式捕捉激波,采用具有TVD性质的三阶Runge-Kutta法处理时间项,并结合并行技术,对旋转爆轰的传播进行了数值研究.结果表明,环形管道外壁为收敛壁面,由于其对流场的压缩效应,外壁面及附近的胞格较小,且较均匀.而内壁为发散壁面,其对流场起稀疏效应,内壁面及附近的胞格较大.随着内外径曲率的变化,环形管道中的胞格结构发生相应的变化,且呈周期性的消失和再生.
31.流体障碍物对爆震燃烧起爆性能影响的实验研究
- WANG Yong-jia;王永佳;FAN Wei;范玮;ZHANG Yang;张扬;HE Jian-nan;何建男;LU Wei;鲁唯;ZHANG Qi-bin;张启斌
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：为研究流体障碍物对于缓燃火焰向爆震波转变特性的影响,用乙烯和40％的富氧空气作为燃料和氧化剂,在6mm内径的方形爆震管中进行了爆震燃烧实验.将带流体障碍物的爆震管与常规光滑爆震管起爆性能进行了对比,并首次提出了用热态流体障碍物加速起爆的方法.实验结果表明,在恰当的喷射孔径下,流体障碍物能够有效地加速爆震波的起始.对于6mm,方形爆震管,通入1mm热态流体障碍物和1mm惰性气体障碍物都能够明显地加速起爆,分别使起爆距离缩短24％和15％;2mm热态流体障碍物没有明显的加速起爆作用,而2mm惰性气体障碍物甚至阻碍了火焰的传播.在相同的射流尺寸下,相比于传统的惰性气体障碍物,热态流体障碍物有更好的增益效果.
32.混合气当量比对激波聚焦起爆爆震波的影响分析
- TAN Sheng;谭胜;CHEN Xin;陈鑫;RONG Kang;荣康;HE Li-ming;何立明;DIAO Zhi-cheng;刁志成
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：为研究两级脉冲爆震发动机共振腔入口混合气当量比对共振腔内激波聚焦起爆爆震波的影响规律,以氢气和空气作为共振腔入口混合气,在不同当量比下对激波聚焦起爆爆震波的过程进行了数值模拟研究.结果表明,过高和过低的当量比均不能起爆爆震波,一定的工作条件下存在一个能产生稳定爆震波的可爆当量比范围.在可爆当量比范围内,两级脉冲爆震发动机的性能先随着当量比的升高而提高,后随着当量比的升高而降低,在当量比1.1时取得最佳值.
33.氢气空气混合气体中斜爆轰波起爆机理的数值研究
- 王涛;滕宏辉;姜宗林
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：气相爆轰波是一种超声速传播的燃烧波,能够利用激波压缩实现预混可燃气体的自点火以及迅速放热.以斜爆轰波为基础,研究者提出了斜爆轰冲压发动机和冲压加速器,可望在未来的高超声速推进系统中得到应用.然而,爆轰波起爆过程非常复杂,目前对斜爆轰波的起爆过程还缺乏深入的认识,制约了斜爆轰推进系统的发展.本研究采用无粘Euler方程和基元反应模型,对氢气空气混合气体中的斜爆轰进行了模拟,重点研究了高空飞行状态下,斜爆轰起爆区的结构特征.数值结果显示斜爆轰波是从斜激波光滑过渡而来的,同时在斜激波后方会形成一道爆燃波.这种光滑过渡区结构和目前主要研究的突变过渡区结构是不同的,其产生的主要原因在于高空飞行状态下来流密度小,导致放热量有限.为了给工程设计提供参考,对不同来流状态和楔面角度下的斜爆轰波进行了模拟,给出了起爆区长度的变化规律.
34.带喷管连续旋转爆震燃烧室爆震波传播特性研究
- 张海龙;刘卫东;刘世杰;王超;蒋露欣
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：本文通过采用氢气/空气喷孔-环缝对撞喷注方式,实验研究了带喷管连续旋转爆震燃烧室爆震波传播特性研究,实现了无内柱情况下的起爆.结果表明爆震燃烧室内的爆震波传播频率随着喷管收缩比的变化而产生变化,随着收缩比的增大,频率升高,振型改变.在收缩比为6的条件下,随着内柱的缩短,振型逐渐由连续旋转爆震向轴向脉冲爆震转变,无内柱时,爆震波传播形式不同于有内柱情况.
35.激波多次作用下预混火焰界面的发展研究
- 陈霄;董刚;蒋华
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：针对激波管中入射激波及其反射激波诱导的正弦型预混火焰界面的RM不稳定过程进行了二维数值模拟,使用九阶WENO格式和十阶中心差分格式对带化学反应的Navier-Stokes(NS)方程进行求解,其中化学反应模型采用单步Arrhenius形式,时间推进采用三阶Runge-Kutta方法.主要分析了预混火焰界面在激波多次作用下的火焰界面混合区平均涡量和化学反应放热随时间变化特点,从涡运动学角度分析了火焰界面混合区的膨胀效应,斜压效应和黏性对于涡量发展的影响,此外结合流场中涡的分布特点分析了化学反应放热率在整个激波-火焰作用过程中各个阶段的发展特点.
36.爆震波进入高温惰性气体后的流场特性研究
- MIAO Shikun;苗世坤;ZHOU Jin;周进;LIN Zhiyong;林志勇
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：本文对爆震波进入高温惰性气体时的流场特性进行了实验和数值模拟研究.结果表明,爆震波在进入高温惰性气体后,其横波结构遭到完全破坏,高温区域中的爆震波迅速熄爆,与已有的常温情况下的研究结果不同的是,爆震波熄爆后,前导激波不仅没有衰减,其传播速度反而有显著增加,甚至超过爆震波面,同时爆震波进入高温惰性气体后形成一块膨胀区,膨胀区前缘温度显著升高,可达3500K左右,明显高于稳定爆震波的平衡温度2800K.根据实验和数值模拟研究结果,爆震波进入高温惰性气体后流场可分为五个区域即:未燃区、爆震区,过渡区,膨胀区和预燃区.改变惰性气体温度进行对比研究,发现在组分相同的低温惰性气体中,爆震波虽然同样会熄爆但熄爆过程相对缓慢,且没有形成膨胀区,因此高温惰性气体区域中的高温条件是导致熄爆后前导激波传播速度增加和形成膨胀区域的主要原因.
37.气相爆轰波流动与化学反应耦合机理研究
- ZHANG Wei;张薇;FANG Yishen;方宜申;WANG Tao;王涛;LIU Yunfeng;刘云峰;JIANG Zonglin;姜宗林
- 《第4届爆轰与爆震发动机研讨会》 | 2015年
摘要：本文利用单步总包化学反应模型,对气相爆轰波的流动与化学反应耦合机理进行了研究.爆轰气体为满足化学当量比的H2/Air混合气体.首先研究了爆轰模型在不同温度下的点火延迟时间.接下来研究了爆轰波三波点的传播过程以及胞格尺寸大小.研究首次发现,爆轰波诱导区内气体所对应的点火延迟时间,与三波点的运动周期一致,揭示了气相爆轰波流动与化学反应动力学耦合的关键机理.