【摘 要】
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冲压旋转爆震发动机（Ramjet Rotating Detonation Engine,RRDE）是一种基于爆震燃烧的新型推进装置,发动机工作时以进气道捕获的空气作为氧化剂,进入燃烧室后组织燃料进行旋转爆震燃烧,具有释热快、熵增小、热循环效率高等优点,应用前景广阔。为抑制旋转爆震燃烧室内非定常压力扰动对上游定常进气道造成影响,通常进气道和燃烧室通过隔离段连接,但目前对RRDE隔离段的研究相对较少,
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冲压旋转爆震发动机（Ramjet Rotating Detonation Engine,RRDE）是一种基于爆震燃烧的新型推进装置,发动机工作时以进气道捕获的空气作为氧化剂,进入燃烧室后组织燃料进行旋转爆震燃烧,具有释热快、熵增小、热循环效率高等优点,应用前景广阔。为抑制旋转爆震燃烧室内非定常压力扰动对上游定常进气道造成影响,通常进气道和燃烧室通过隔离段连接,但目前对RRDE隔离段的研究相对较少,本文结合数值模拟与试验手段针对RRDE隔离段开展相关研究工作。首先采用液态煤油燃料开展非预混喷注的气液两相隔离段与燃烧室全流场数值模拟研究。结果表明,燃料经旋转爆震燃烧一定会向上游流场诱导出一道前传斜激波,对于燃料内壁面喷注方案,前传斜激波对隔离段流场影响有限,空气来流在隔离段内全程保持超声速流动;前移喷孔位置能够提高燃料的掺混效率。对于支板喷注方案,支板的引入会造成隔离段上游出现一道结尾正激波,前传斜激波向上游运动并与结尾正激波交汇,产生较大的流动损失;支板喷注方案的燃料掺混效率优于内壁面喷注方案;支板位置前移易导致火焰前传,使爆震波无法自持传播。随后对常规隔离段、凹腔隔离段、S型圆转环隔离段及隔板隔离段的抗反压特性进行研究。研究发现,对于常规隔离段,前传斜激波会在扩张段形成激波串,激波串的首道激波波面不完全垂直于隔离段轴线;改变常规隔离段的扩张参数或扩张形式,相对总压损失提高。对于凹腔隔离段,凹腔能够对前传斜激波起到削弱作用,其抗反压能力优于常规隔离段;存在中置夹层时,隔离段的相对总压损失下降有限,且不受环缝布置参数影响;没有中置夹层时,隔离段的相对总压损失下降明显,且与凹腔深度呈正比关系。对于S型圆转环隔离段,前传斜激波被高效抑制在隔离段的环形流道而不对等直圆形流道产生激波扰动,相同计算条件下S型圆转环隔离段的总压恢复优于常规隔离段和凹腔隔离段。对于隔板隔离段,相比于常规隔离段,隔板的引入能够提升流场的总压恢复,但隔板错开布置会造成流场紊乱,这种紊乱现象能够影响到上游进气支管和下游燃烧室。最后,基于S型圆转环隔离段开展RRDE直连式试验,所有试验工况都没有在S型圆转环隔离段的等直圆形流道采集到高频动态压力信号,结果证实S型圆转环隔离段具有良好的抗反压能力。对爆震波的传播模态分析发现,在爆震波传播过程中会频繁出现双波对撞、单/双波转变、转向等复杂现象。增大空气喷注环缝宽度,发动机连续工作的反应物当量比下限提高,试验出现间断爆震、结尾爆震,继续提高当量比可以改善这种不连续爆震现象。
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