旋转爆震发动机爆震波起始过程研究

摘要

近年，旋转爆震发动机(Rotating Detonation Engine，简称RDE)在国内外备受关注。与传统推进装置相比，RDE在推进性能、结构尺寸等方面有明显的优势。但旋转爆震波的起始条件和形成机理尚不清楚，RDE的起爆目前还存在成功率不高，起爆装置结构复杂等缺点。本文以此为背景开展如下研究工作:
　　(1)采用小能量火花装置点火并成功起爆了RDE，通过系统的研究，了解了RDE工作过程，明确了RDE各种工作状态的工况范围，并对RDE工作过程的传播特性进行了详细分析。主要结论有:RDE存在连续爆震、间断爆震、零星爆震及无爆震四种工作状态;连续爆震时，无转向现象，爆震压力较为平均，爆震波传播速度波动很小，爆震波传播速度为1286m/s～1644.8m/s，主频为5090Hz～6450.7Hz。间断爆震时，存在爆震波方向改变的现象，爆震波压力波动较大，爆震波压力和传播速度出现相对稳定的强弱交替现象。
　　(2)采用了小能量火花装置、高能量火花装置和预爆震管系统三种点火方式起爆RDE，通过压力测量与光学观测等手段对比研究了不同点火方式下旋转爆震波建立过程，并进行了相应的重复起爆实验，统计分析点火方式对旋转爆震波建立时间间隔的影响。主要结论有:旋转爆震波的建立均需经历类似DDT的火焰发展过程，火焰状态不稳定导致旋转爆震波建立时刻具有很强随机性，总体上，爆震管起爆时旋转爆震波建立较其他两种点火方式快。三种点火方式成功率均可达100％，RDE工作频率在5800Hz上下波动且相对稳定，稳定工作时传播特性与点火方式无关。
　　(3)对比研究了反应物当量比、点火位置及射流火焰状态三个因素对RDE中旋转爆震波建立过程的影响。最后介绍了本文中旋转爆震波单向起爆的探索研究。主要结论有:RDE稳定工作范围内，旋转爆震波建立时间间隔随反应物总质量流率上升而下降。采用爆震波起爆时旋转爆震波建立明显较热射流起爆时快。此外，点火位置和爆震管的排气时间对旋转爆震波的建立无明显影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 早期探索研究

1．2．2 RDE研究概况

1．2．3 ROE起爆方法研究概况

1．3 本文主要研究工作

2 实验系统

2．1 实验系统简介

2．2 点火系统

2．3 旋转爆震模型发动机系统

2．3．1 燃料供给系统

2．3．2 模型发动机简介

2．4 测量系统

2．4．1 压力测量系统

2．4．2 光学观测系统

3 RDE工作过程实验研究

3．1 实验方案设计

3．2 发动机实验过程分析

3．2．1 发动机实验过程

3．2．2 发动机工作过程中集气腔与燃烧室的相互影响

3．3 RDE工作范围实验研究

3．4 发动机传播过程研究

3．4．1 稳态传播特性

3．4．2 非稳态传播特性

3．5 本章小结

4 RDE起爆性能研究

4．1 不同点火方式的起爆实验方案

4．2 不同点火方式典型点火-起爆过程分析

4．2．1 小能量火花点火装置起爆性能分析

4．2．2 高能量火花点火装置起爆性能分析

4．2．3 预爆震管系统起爆性能分析

4．3 光学观测爆震波点火-起爆过程

4．3．1 小能量火花点火装置起爆过程光学观测结果

4．3．2 高能量火花点火装置起爆过程光学观测结果

4．3．3 预爆震管系统起爆过程学学观测结果

4．4 不同点火方式对爆震波建立过程的影响

4．4．1 工作状态判别

4．4．2 不同点火方式旋转爆震波建立时间间隔

4．5 本章小结

5 旋转爆震波建立过程的影响因素

5．1 当量比对旋转爆震波建立过程的影响

5．1．1 实验方案设计

5．1．2 实验结果分析

5．2 点火位置对旋转爆震波建立过程的影响

5．2．1 实验方案设计

5．2．2 实验结果分析

5．3 射流火焰状态对旋转爆震波建立的影响

5．3．1 实验方案设计

5．3．2 爆震管与燃烧室相互影响

5．3．3 射流火焰状态对旋转爆震波建立过程时间间隔的影响

5．4 排气时间对旋转爆震波建立过程的影响

5．5 单向起爆RDE的探索

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 创新点

6．3 研究工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

专利

研究生期间获奖情况