吸氣式連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波自持傳播機(jī)制研究.pdf

1、本文綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值計(jì)算和理論分析，對(duì)吸氣式連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證，從連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波的傳播模態(tài)、爆震波與來(lái)流相互作用和爆震波傳播過(guò)程穩(wěn)定性三個(gè)方面系統(tǒng)地研究了吸氣式模態(tài)下連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波的自持傳播機(jī)制，并開(kāi)展了吸氣式連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的性能分析。
　　為了驗(yàn)證吸氣式連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震的可行性，首先設(shè)計(jì)、建立了直連式試驗(yàn)臺(tái)，在模擬吸氣式飛行條件下開(kāi)展了系列試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波在高總溫、超聲速來(lái)流條件下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定自持傳播，

2、驗(yàn)證了基于超聲速進(jìn)氣道和連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室的吸氣式連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震推進(jìn)系統(tǒng)的原理可行性。
　　開(kāi)展了吸氣式連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震直連式試驗(yàn)，研究了連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波的四種周向傳播模態(tài)：同向單波模態(tài)、同向雙波模態(tài)、雙波對(duì)撞模態(tài)和四波對(duì)撞模態(tài)，結(jié)合高頻壓力試驗(yàn)測(cè)量、可見(jiàn)光觀測(cè)和數(shù)值計(jì)算，分析了不同傳播模態(tài)下爆震波的傳播特性和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)了爆震波的軸向前傳現(xiàn)象，分析了其傳播過(guò)程和自持機(jī)制，其類似于脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，但爆震波向上游傳播且不需要重復(fù)點(diǎn)火。

3、r>　　系統(tǒng)地研究了吸氣式模態(tài)下連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波與來(lái)流相互作用，發(fā)現(xiàn)其存在三種情況。在超聲速入流模態(tài)下，等直隔離段流動(dòng)為超聲速，流動(dòng)過(guò)程未受爆震波的影響。亞聲速入流模態(tài)下，隔離段入口為超聲速、出口為亞聲速，隔離段中存在斜激波串但無(wú)高頻壓力振蕩。進(jìn)氣道受影響模態(tài)下，隔離段入口狀態(tài)受影響，氣流為亞聲速且存在高頻壓力振蕩。分析了爆震燃燒室尺寸、當(dāng)量比、來(lái)流總溫對(duì)爆震波和來(lái)流相互作用的影響，結(jié)果表明，隨著爆震波強(qiáng)度的增加，爆震波影響邊界逐漸前移，

4、爆震波與來(lái)流相互作用由超聲速入流模態(tài)轉(zhuǎn)換至亞聲速入流模態(tài)、進(jìn)氣道受影響模態(tài)。對(duì)爆震波影響邊界進(jìn)行了理論分析，發(fā)現(xiàn)其可類比于不同出口背壓下噴管中波系位置變化，且建立的理論分析模型有較好的預(yù)測(cè)精度。
　　研究了連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波傳播過(guò)程的穩(wěn)定性問(wèn)題。在連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波的微觀不穩(wěn)定性方面，提出將爆震波傳播過(guò)程中瞬時(shí)傳播速度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差作為傳播過(guò)程穩(wěn)定性的定量評(píng)價(jià)參數(shù)。當(dāng)爆震波的傳播過(guò)程未與推進(jìn)劑的噴注混合過(guò)程相互耦合時(shí)，爆震波傳播過(guò)程隨爆震

5、波強(qiáng)度增加而更穩(wěn)定。發(fā)現(xiàn)了連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波的傳播頻率、峰值壓力等的低頻“鋸齒形”振蕩。試驗(yàn)結(jié)果表明，低頻振蕩是爆震波傳播過(guò)程與推進(jìn)劑流動(dòng)過(guò)程相互耦合引起的，且與氫氣集氣腔的Helmholtz振蕩有關(guān)；而爆震波影響邊界上的局部鼓包則導(dǎo)致了相鄰傳播周期內(nèi)的“鋸齒形”振蕩。隨當(dāng)量比增加，該低頻振蕩現(xiàn)象逐漸減弱，穩(wěn)定性隨爆震波強(qiáng)度而增加。
　　在連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波的宏觀不穩(wěn)定性方面，分析了典型的同向單波模態(tài)和雙波對(duì)撞模態(tài)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)可燃混合

6、氣活性和速度虧損是影響同向模式和對(duì)撞模式的關(guān)鍵因素，且對(duì)撞模式可能是連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波的極限周向傳播模式。在上述兩種傳播模態(tài)的中間工況，由于可燃混合氣活性的影響，爆震波以二者的混合模態(tài)傳播，傳播過(guò)程十分不穩(wěn)定。分析了軸向傳播的爆震波在宏觀不穩(wěn)定傳播過(guò)程中的作用，發(fā)現(xiàn)其是不穩(wěn)定周向傳播模式中爆震波熄爆后再起爆的重要機(jī)制，也是不穩(wěn)定軸向傳播模式/周向傳播模式中模態(tài)改變的發(fā)展過(guò)程。
　　最后，開(kāi)展了吸氣式連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震推力測(cè)量研究，對(duì)比研究了