氢气空气混合气体中斜爆轰波起爆机理的数值研究

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.