連續旋轉爆轟波生成與湮滅的機理研究

《連續旋轉爆轟波生成與湮滅的機理研究》是依託北京大學，由王健平擔任負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：連續旋轉爆轟波生成與湮滅的機理研究
• 項目負責人：王健平
• 依託單位：北京大學
• 項目類別：重大研究計畫

項目摘要

本項目提出連續旋轉爆轟發動機面向套用必須實現的推力牆陣列式小孔進氣方案，全面細緻地開展連續旋轉爆轟波的穩定性的數值和實驗研究。數值上，通過對間隔式進氣連續旋轉爆轟燃燒室內流場的三維數值模擬，獲取全面的多波面自發形成的流場，探討連續旋轉爆轟波的生成和湮滅過程，探索其穩定機理，揭示爆轟波對工作條件突變的回響和抵禦能力，探索連續旋轉爆轟波運行的極限條件及維持機理。實驗上，設計相應進氣方式的燃燒室，驗證連續旋轉爆轟中多波面現象的存在，以及波面數目與相關條件的關係。這些機理問題的研究，尤其是連續旋轉爆轟波在突變條件與極端條件下爆轟波的維持機理的研究，不僅能對連續旋轉爆轟發動機的研製提供理論支持，更能大大拓寬人們對於爆轟這一極端燃燒方式和現象的認識和理解，有助於實現對爆轟燃燒的控制，進而加快連續旋轉爆轟發動機的發展，為我國航空航天事業提供全新的動力。

結題摘要

目前，國內外連續爆轟發動機的研究得到廣泛重視，發展迅速，但仍有許多基礎物理現象與工程套用問題需要進一步的探索。首先，試驗中採用的是細縫或單排小孔進氣，嚴重地限制了燃料流量。要產生足夠大的推力，需要在推力牆上排列大量的噴注器，形成陣列式分布，是未來研究的必然趨勢。其次，數值模擬中爆轟波的形成對各種條件都十分敏感，很難形成具有固定的爆轟波波數的穩定流場，難以對爆轟波的生成與湮滅進行深入的探討和研究。此外，研究發現間隔式進氣方式增加了新鮮氣體與高溫產物的混合，容易形成熱點，誘發局部爆炸，形成新的爆轟波。但是在現有的數值模擬中，使用的是歐拉控制方程，無法衡量粘性、熱傳導在其中的作用。基於此，我們開展了如下研究：在數值方面，給出多波面形成的規律，揭示連續旋轉爆轟波生成與湮滅的機理，探明連續旋轉爆轟波對工作條件突變的回響和抵禦能力，發現連續旋轉爆轟波極端條件下的維持機理。在實驗方面，實現陣列式小孔進氣條件下連續旋轉爆轟波的持續傳播。研究按照計畫進行，並取得了如下結果：在數值方面，實現了陣列式小孔進氣方式、可變當量比及NS方程下的數值模擬，探明了多波面形成的要素、連續旋轉爆轟波生成與湮滅的機理、再起爆現象的機理，明確了連續旋轉爆轟波對工作條件突變的回響和抵禦能力，詳細分析了起爆點數目、當量比大小、空心圓筒燃燒室下進氣面積大小及NS方程下間隔大小對旋轉爆轟的影響。在實驗方面，實現了陣列式小孔進氣的連續爆轟並給出了實驗條件（總壓、背壓、摻混距離）改變的影響，發現了點火延遲及單波-雙波-單波轉換現象。這些結果進一步拓寬了人們對於連續旋轉爆轟波這一物理現象的基本認識，提升對爆轟燃燒的控制能力，進而加快連續旋轉爆轟發動機的發展，為我國航空航天事業提供全新的動力。