爆震波

摘要： 为了研究小型强化内燃机燃烧室在爆震工况下的可靠性,本文以小型强化内燃机热力学系统简化模型为基础,建立了燃烧室内热力学参数之间的数值关系。基于Rover K16内燃机模型,采用有限元模拟燃烧室爆震现象,对活塞进行热-机耦合仿真,预测活塞进行爆震工况下的寿命。通过改变缸内空燃比,得到了不同工况下的缸压曲线,验证了爆震激励实验。研究结果表明:爆震的发生没有使应力超过活塞的强度极限,但大幅度增加了活塞的应力及变形值,而且改变了活塞的危险点位置。活塞顶面外缘压力最大,达到210 MPa,远超过燃烧室中心高压区域的初始赋值。最先发生破坏的位置在活塞顶面中心、活塞内腔交界处及第1气环处,计算得到内燃机可连续运行249398 km,达到规定里程22万km。本文方法能够有效模拟爆震冲击波对活塞寿命产生的影响,对小型强化内燃机爆震工况下的寿命预测起到指导作用。

摘要： 为了解液氧甲烷火箭发动机爆震波点火器工作特性,采用实验方法研究了低供给压力下甲烷/氧气爆震波的形成过程,分析了点火时序、混合比等参数对爆震波参数的影响、缓燃向爆震转变增强措施对爆震波形成过程的作用规律以及结构尺寸对弯管中爆震波参数的影响.研究结果表明:1)不同当量比下,甲烷氧气爆震管点火器的工作状态可分为爆震、快速火焰、慢速火焰、全局淬熄和未点火等状态.阻塞比在试验涉及的0.12至0.42范围内时,随着阻塞比的增大,能产生爆震的当量比范围逐渐扩大;当量比在1.5附近,阻塞比的大小对是否能形成爆震影响不大.2)弯管及管中弹簧障碍物对于压力高、速度快,接近于爆震波的火焰表现为抑制作用;对于压力低、传播速度慢的缓燃火焰,则能起到增强作用.

摘要： 内燃机小型化成为了一种公认的节能减排技术,但却会诱发"超级爆震".由于其伴随爆震波的形成,极具破坏性,因此亟需揭示其形成过程及影响因素.本研究通过爆震容弹实验发现,在爆震波形成前总会伴随缸内小扰动波的增强.通过数值模拟,对比了存在和不存在小扰动增强下的缸内燃烧过程,发现如果没有小扰动增强,末端混合气不会形成爆震波.因此,及时消除扰动增强有助于抑制爆震波的形成,降低发动机爆震烈度,使其持续稳定工作.

摘要： 针对俄罗斯Levin等人提出的2-Stage PDE模型中射流径向入射导致连续爆震工作无法顺利完成的问题,计算模型基于Fluent软件进行了仿真实验,通过改变环形射流入射方向的手段实现有效且快速地填充。在模型结构上,通过采用高频低能耗火花塞预点火、渐缩通道、环形窄缝和环形弯面,强化形成环形爆震波入射,并经衍射后实现激波聚焦起爆。凹面腔结构实现了循环时间为9.1ms,填充时间为7.6ms,工作频率为109Hz快速有效填充和高频起爆。

摘要： 美国UCF大学正在研制配装高超声速飞行器的斜爆震发动机,有望使飞行器的飞行速度达到马赫数6~17,未来将应用于航空和太空旅行,甚至可配装执行太空任务的火箭。最新研究成果表明,UCF大学发现了稳定爆震的方式,建造名为“高焓高超声速反应发生器(HyperREACT)”的新型高超声速反应室,首次通过实验将爆震波持续时间维持了3s。

摘要： 以氢气为燃料,氧气为氧化剂,利用动态气体填充方式,分析了不同阻塞比、不同管径和不同当量比对预爆震管工作特性的影响,并研究了点火后管内爆震波的形成和传播特点;实验表明:在恰当的阻塞比条件下,预爆震管内的湍流燃烧强度和压力脉动强度得到加强,有利于强化管内爆震波传播;管内爆震波传播速度、强度与预爆震管管径成正比;其次适当增加预爆震管内预混气体当量比,有利于促进爆震波形成与发展.

摘要： 针对凹腔与扩张壁面组合构型燃烧室热射流诱导爆震起爆传播问题进行了数值仿真.详细分析了热射流关闭后爆震波熄爆与重新起爆机制,并且对比分析了无扩张壁面作用时,关闭热射流后爆震波传播特性.结果表明关闭射流后,扩张壁面负激励起主导作用,过驱爆震衰减为欠驱爆震.熄爆后,能否重新起爆,凹腔促使激波在凹腔前缘驻定从而诱导形成的局部爆震起至关重要作用.扩张壁面的存在能够降低波面强度,促使大尺寸胞格结构更易形成.

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.

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.

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.

摘要： 对抽吸条件下静止气中的爆震燃烧二维流场进行数值模拟,抽吸孔板的小孔直径为2mm,预混气为2H2+O2+3.76N2,采用直接起爆方式.数值仿真结果显示,爆震室中的预混气能够迅速起爆,并稳定传播,传播速度约为2333m/s.爆震波接近抽吸腔时对流场进行修正,改变边界条件,开始抽吸.结果表明,在孔板上方产生低温低压区,同时抽吸孔板与流动碰撞,并受流动影响在孔板上方形成圆弧状激波,激波在小孔边缘发生反射,会在小孔边缘形成高温高压的热点,这些高温高压点的存在有利于爆震波的传播.壁面抽吸以及由于抽吸产生的激波会显著影响爆震波内部化学反应强度,导致爆震波反应区厚度减小50％以上.抽吸影响后爆震波面发生倾斜,通过压力计算爆震波速度发现,上壁面爆震波速度上升至2400m/s,下壁面速度下降至2100m/s.

摘要： 针对凹面腔内激波聚焦起爆的爆震波反传现象,探讨了射流入射通道截面积、各截面积比和通道数量对激波聚焦起爆的影响作用.结果表明:燃料/氧化剂射流入射通道截面积比为化学恰当比时,有助于掺混均匀;入射通道截面积比为化学恰当比的多入射通道方案,其凹面腔底部激波聚焦起爆时温度和压力更高,更利于燃料浓度分布均匀;小截面积比的射流入射通道,有助于增大波阻提高抑制压力反传效果.计算结果为实验设计提供了指导.

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.

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。

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.

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.

摘要： 本发明涉及旋转爆震发动机，具体涉及一种稳定可控单向传播旋转爆震波的两相旋转爆震燃烧腔结构。本发明的目的是解决现有环形结构的两相旋转爆震燃烧腔结构存在重量大，热管理困难和旋转爆震波传播方向不稳定的技术问题，提供一种稳定可控单向传播旋转爆震波的两相旋转爆震燃烧腔结构。该结构的燃料供给单元和氧化剂供给单元均与爆震燃烧单元入口处连通，爆震燃烧单元入口处开设有点火孔；爆震燃烧单元包括圆筒形爆震燃烧腔和掺混导流组件；燃料供给单元包括燃料集液腔和燃料离心环腔；燃料离心环腔的外壁上沿周向开设有多个燃料切向喷射孔；氧化剂供给单元包括氧化剂集气腔和与爆震燃烧腔入口处连通的氧化剂喷射环缝。

摘要： 本发明公开了一种爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机及应用方法，爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机包括：筒体内部与中心体外壁形成包括掺混室、燃烧室和尾喷管的空腔；中心体内包括设置于靠近燃烧室处的压力传感器、位置与燃烧室相对应的燃气室和自动控制器，压力传感器与自动控制器电连接；第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和第五管道用于连通燃气室和空腔的不同位置。第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和第五管道上均设有与自动控制器电连接的阀门。通过将压力传感器、自动控制器、燃气室、管道和阀门构成一个调控系统，实现连续监控和调控旋转爆震波的传播模态。

摘要： 本发明公开了一种使爆震波单向传播的旋转爆震燃烧室，包括燃烧室外环、燃烧室内环、安装座、点火器；所述燃烧室内环与燃烧室外环同轴；所述燃烧室内环的外壁面为圆柱面；所述燃烧室外环的内壁面为周期性的渐缩加突扩型面，在渐缩段内壁面曲率半径逐渐变小，突扩段与下一周期型面之间形成台阶面；所述安装座沿燃烧室外环设置在渐缩段的起始处；所述点火器设置在安装座上；本发明的燃烧室，燃烧室外环的内壁面能在旋转爆震波起爆阶段抑制逆向爆震波的产生，在旋转爆震波传播阶段有效阻止逆向爆震波的传播。

摘要： 本发明提供一种斜爆震波驻定控制方法及变几何燃烧室，该方法中的发动机包括吸气式进气道、变几何燃烧室、尾喷管、控制系统；燃烧室包括可调内壁和固定外壁，采用几何结构一体化设计；内壁前连进气道，可活动拐点，后连尾喷管；超声速可燃气体经过进气道压缩进入燃烧室，经外壁第二斜劈起爆产生斜爆震波，并把监控信号传输给输出控制模块以调整燃烧室内壁前后段之间的夹角，控制可活动拐点位置和尾喷管的扩张角度，使燃烧室内形成可持续驻定的斜爆震波，爆震燃烧产物进入超声速喷管，产生推力。本发明的能够有效控制起爆位置移动区间，自动控制路径优化，并且降低工程应用时改进和扩展难度，空间设计更加灵活，提高了实际应用可操作性。

摘要： 本发明提出了一种利用爆震波径向膨胀的旋转爆震燃烧室，包括空筒形旋转爆震燃烧室、轴功输出装置、冷却换热管路。通过在空筒形旋转爆震燃烧室中心布置轴功输出装置，将爆震波径向膨胀的动能转化为轴功并对外输出，该轴功可用于带动电机发电、驱动动力涡轮带动螺旋桨或旋翼等；同时，冷却换热装置利用逆流的氧化剂或燃料进行再生冷却，提高燃烧室使用寿命，改善燃料或氧化剂雾化效果，提升燃烧效率；亦可通过改变冷却换热管路的工质，实现不同冷却换热效果。该发明既有效利用旋转爆震波径向膨胀的动能，又充分吸收高温高压产物径向膨胀的废热，利用旋转爆震波径向膨胀进行多种形式的能量输出。本发明可用于爆震推进与热电联产等领域。

摘要： 本发明公开了一种爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机及应用方法，爆震波传播模态可调控的旋转爆震发动机包括：筒体内部与中心体外壁形成包括掺混室、燃烧室和尾喷管的空腔；中心体内包括设置于靠近燃烧室处的压力传感器、位置与燃烧室相对应的燃气室和自动控制器，压力传感器与自动控制器电连接；第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和第五管道用于连通燃气室和空腔的不同位置。第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和第五管道上均设有与自动控制器电连接的阀门。通过将压力传感器、自动控制器、燃气室、管道和阀门构成一个调控系统，实现连续监控和调控旋转爆震波的传播模态。

摘要： 本发明涉及旋转爆震发动机，具体涉及一种稳定可控单向传播旋转爆震波的两相旋转爆震燃烧腔结构。本发明的目的是解决现有环形结构的两相旋转爆震燃烧腔结构存在重量大，热管理困难和旋转爆震波传播方向不稳定的技术问题，提供一种稳定可控单向传播旋转爆震波的两相旋转爆震燃烧腔结构。该结构的燃料供给单元和氧化剂供给单元均与爆震燃烧单元入口处连通，爆震燃烧单元入口处开设有点火孔；爆震燃烧单元包括圆筒形爆震燃烧腔和掺混导流组件；燃料供给单元包括燃料集液腔和燃料离心环腔；燃料离心环腔的外壁上沿周向开设有多个燃料切向喷射孔；氧化剂供给单元包括氧化剂集气腔和与爆震燃烧腔入口处连通的氧化剂喷射环缝。

摘要： 本发明公开了一种使爆震波单向传播的旋转爆震燃烧室，包括燃烧室外环、燃烧室内环、安装座、点火器；所述燃烧室内环与燃烧室外环同轴；所述燃烧室内环的外壁面为圆柱面；所述燃烧室外环的内壁面为周期性的渐缩加突扩型面，在渐缩段内壁面曲率半径逐渐变小，突扩段与下一周期型面之间形成台阶面；所述安装座沿燃烧室外环设置在渐缩段的起始处；所述点火器设置在安装座上；本发明的燃烧室，燃烧室外环的内壁面能在旋转爆震波起爆阶段抑制逆向爆震波的产生，在旋转爆震波传播阶段有效阻止逆向爆震波的传播。

摘要： 本发明提出了一种液滴作用下爆震波速度和结构的测量装置及其控制方法，包括主体加热腔及温控装置、爆震管供给及控制系统、液滴发生及控制装置、测试系统和控制方法。由高精度信号发生器统一控制液滴发生器、点火器和高速相机的触发时序，使不同微爆程度和韦伯数的液滴与不同发展阶段的爆震波相互作用；综合使用高频压力传感器、高速阴影、纹影与基于体视激光诱导荧光的三维火焰重构技术，测量当液滴存在时，不同发展阶段爆震波的传播速度和结构。

摘要： 本实用新型提出一种低流阻爆震波增强装置，包括：交叉射流装置，交叉射流装置的表面设置有多个交叉射流喷射孔；与交叉射流装置相连接的激波聚焦装置；和与激波聚焦装置相连的尾部引流管，以从尾部引入射流空气。本实用新型一方面降低了在爆震管内部的堵塞比，增加了发动机的推进性能，另一方面加大了扰流过程中的损失，加强了掺混效率。