緩燃向爆震轉(zhuǎn)捩特性研究.pdf

1、自脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)(Pulse Detonation Engine,PDE)概念提出以來,緩燃向爆震轉(zhuǎn)捩(Deflagrationto Detonation Transition,DDT)研究一直是PDE研究的關(guān)鍵技術(shù)之一,如何在最短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)爆震波的觸發(fā)成為PDE研究的熱點(diǎn)。為系統(tǒng)地了解DDT轉(zhuǎn)捩規(guī)律,本文在60m×60mm×2000m的二元方爆震管內(nèi),對(duì)氫氣、乙炔和丙烷三種氣體燃料的壓力波和火焰?zhèn)鞑ヌ匦哉归_研究,主要工作如下:

2、　　 1)設(shè)計(jì)研制了適合單爆震性能的試驗(yàn)系統(tǒng)、測試系統(tǒng)等,并對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試,研究表明該試驗(yàn)系統(tǒng)能夠進(jìn)行單爆震研究,在爆震管內(nèi)測得了緩燃和爆震兩種燃燒狀態(tài)。調(diào)試過程中利用光電池測光器對(duì)爆震管內(nèi)的火焰?zhèn)鞑ニ俣冗M(jìn)行了測量,結(jié)果證明該測試方法更適合對(duì)火焰速度的測量,克服了傳統(tǒng)的離子探針系統(tǒng)在火焰速度測量中的不足。
　　 2)壓力波和火焰發(fā)展規(guī)律是DDT研究的核心內(nèi)容,本文由此入手,從不同的角度和層面研究了DDT過程:首先對(duì)不同混

3、氣狀態(tài)下采用不同燃料的壓力波和火焰?zhèn)鞑ヌ匦赃M(jìn)行了系統(tǒng)地研究,并對(duì)三種燃料的DDT規(guī)律進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)燃料的初始狀態(tài)和種類并不影響DDT的特性。其次研究了不同端面封閉程度下壓力波和火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律特性,在封閉端開設(shè)5種大小不同的方孔,研究結(jié)果表明封閉程度也不影響DDT的本質(zhì)特性,只會(huì)改變DDT位置。最后利用光電池測光器研究了火焰在爆震管內(nèi)的傳播規(guī)律,客觀地反映出爆震波傳出后爆震管內(nèi)仍在繼續(xù)燃燒,且燃燒持續(xù)的時(shí)間為毫秒數(shù)量級(jí)。
　　

4、 3)從研究爆震波結(jié)構(gòu)的角度出發(fā),首先利用高頻響壓力傳感器對(duì)充分發(fā)展的爆震波面上的壓力值大小進(jìn)行了測量,結(jié)果證明爆震波是個(gè)曲面波,且管壁處的壓力高于管道中間的壓力。研究結(jié)果對(duì)于理解爆震波的結(jié)構(gòu)建立了新的思路。其次利用傳統(tǒng)的煙跡法對(duì)爆震波形成整個(gè)過程進(jìn)行取樣,取樣段尺寸為60mm×1380mm,成功獲得DDT過程中激波的變化煙跡圖,為研究DDT開辟了新途徑。最后在爆震管的一側(cè)開設(shè)60mm×1400mm的窗口,利用高速攝影儀對(duì)爆震管從點(diǎn)火

5、位置開始一直到爆震波形成的整個(gè)過程進(jìn)行拍攝,同時(shí)將壓力傳感器和離子探針按50mm的間距同截面布置在DDT轉(zhuǎn)捩的部位,得到了壓力波大小和火焰的傳播速度,試驗(yàn)成功得到了緩燃向爆震轉(zhuǎn)捩的高速攝影圖。同時(shí)將該試驗(yàn)條件下的爆震管簡化成簡單的物理模型后進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)火焰在爆震管內(nèi)的傳播過程進(jìn)行研究,試驗(yàn)和數(shù)值研究都表明爆震波是由熱點(diǎn)在合適的條件下轉(zhuǎn)變而來。
　　 4)在宏觀了解了緩燃向爆震轉(zhuǎn)捩的有關(guān)規(guī)律后,對(duì)DOT過程中的關(guān)鍵內(nèi)容即壓力波

6、與火焰的相互作用方面進(jìn)行了初步研究。首先用離子探針測量火焰位置,研究了光滑和加入擾流器兩種爆震管內(nèi)壓力波與火焰的變化過程,結(jié)果發(fā)現(xiàn)光滑管道內(nèi)壓力波總是處于火焰面的前面:而加入擾流器后,在擾流器內(nèi)部火焰處于壓力波前沿,出擾流器后激波在火焰前沿。其次用高速攝影圖片確定火焰的傳播位置,結(jié)合壓力傳感器的信號(hào)來分析DDT過程中壓力波和火焰相對(duì)位置的變化。兩種研究方法都獲得相同的結(jié)論:在過爆形成后火焰會(huì)暫時(shí)位于激波的前面。試驗(yàn)結(jié)果加深了對(duì)爆震波形成