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1、江苏大学JIANGSU UNIXERSITY课题：基于连续旋转爆轰发动机中单向引燃技术研究 学 院： 能源与动力工程学院 专业班级： 新能源0902班 学 号： 3090205048 学生姓名： 指导老师： 起止日期：2012年12月2013年6月摘要简要介绍爆轰燃烧的基本原理以及其在能源、航空、航天等领域中的应用背景，爆轰发动机的发展历程以及爆轰发动机的分类，分析一些关键技术的难点，针对难点进行一些设计的展望。重点介绍旋转爆轰发动机，因为旋转爆轰发动机是一种新型的爆轰发动机。在推进方面，旋转爆轰发动机同时具备了脉冲爆轰发动机和驻定爆轰发动机的某些优点，既可以零起动，又没有出口爆轰产生的噪音，
2、且爆轰产物的污染很小，具有广阔的应用前景。对旋转爆轰发动机的燃烧室结构进行简要的介绍，同时针对脉冲点燃的弊端进行单向引燃的设计，根据点燃方式的不同分为两大类的设计，一种是由导管连接燃烧室的设计，只需普通点燃就可以在燃烧室形成爆轰波；另一种是根据脉冲点火的特性，从限制燃烧方向和燃料方向的角度出发，设计出单向引燃。本文将对该设计进行详细解释，并对各个设计的优缺点进行简要的分析。关键词：爆轰燃烧、旋转爆轰发动机、单向引燃 AbstractBriefly the basic principles of combustion and detonation in energy, aviation, aer
3、ospace and other fields of application background, detonation engine development process as well as the classification of detonation engine to analyze some of the key technical difficulties, difficulties of some of the design for the outlook .Highlights the rotating detonation engines, because rotat
4、ing detonation engine is a new type of detonation engine. In advance, the rotating detonation engine along with a pulse detonation engines and in some of the advantages given detonation engines, either zero start, and no export detonation noise and pollution of detonation products is very small, wit
5、h broad application prospects.Rotating detonation engine combustion chamber for a brief introduction to the structure, while for the drawbacks of directional pulse ignited pilot burner design, the different ways according to ignite the design is divided into two categories, one is connected to the c
6、ombustion chamber by a catheter design, can be just an ordinary ignition detonation wave is formed in the combustion chamber; other is based on the characteristics of the ignition pulse, and the fuel from the restriction burning direction angle direction, the directional design igniter. This article
7、 will explain in detail the design, and the advantages and disadvantages of each design brief analysis.Keywords: Detonation combustion、 Rotating detonation engine、Unidirectional ignition目录 第一张：绪论 11.1、爆轰理论基础 11.2、爆轰燃烧的基本原理 .41.3、爆轰推进的研究 .41.4、旋转爆轰发动机研究意义 .51.5、旋转爆轰发动机的结构 .51.6、单向引燃设计 .6 1.6.1、燃烧室结构
8、.6 1.6.2、单向引燃设计的必要性 .71.7、旋转爆轰发动机单向引燃的设计意义 .8第二章：犀牛简介 .92.1、犀牛特点.9 2.2、犀牛界面.10 2.3、犀牛功能介绍.12 2.3.1、犀牛主体工具 .12 2.3.2、犀牛辅助工具 .16第三章：单向引燃设计 .19 3.1、基于普通点火的单向引燃设计.193.2、基于脉冲点火的单向引燃设计.21第4章 ：全文总结和展望 .30致 谢 .31参考文献 .32 2第一章：绪论一、 绪论1.1 爆轰理论基础燃烧过程可以产生爆炸，燃烧导致的爆炸可以按照燃烧速度分为两类：1、爆炸性混合气体的火焰波以低于声速传播的燃烧过程称为爆燃；2、爆炸
9、性混合气体的火焰波在管道内以高于声速传播的燃烧过程称为爆轰1。宋史中有这样的记载:“乃令所都人拥一火炮燃之，声如雷霆，震城土皆崩，烟气涨天外，兵多惊死者”。上述文字描述了爆炸导致的城墙和房屋的破坏以及对人的伤害。而西方国家直到13世纪才开始应用由阿拉伯传入到欧洲的火药知识2，比中国晚了300500年。虽然中国古代文明在爆炸领域做出了卓越的贡献，但近代爆炸力学的科学基础却是在19世纪以来由欧洲学者们完成的。瑞典人诺贝尔制成了硝化甘油系列的混合炸药，并于1865年发明了雷管，实现了“爆轰”，开创了爆炸应用的新时期3。随着两次世界大战的爆发以及爆炸的工业应用，爆轰学科的理论基础逐步在形成。人们逐渐认
10、识到爆轰的本质是伴有化学反应的冲击波，前沿冲击波作用在含能材料上，在高温高压条件下诱导化学反应，释放的能量支持冲击波继续推进，力学效应和化学效应互相祸合使得爆轰波的结构非常复杂4。19世纪末，Krzychi,L.J 5等人在实验研究气相爆轰的基础上，提出了CJ理论6，该理论将爆轰波中的化学反应区缩为一个强间断面，使得可以用流体力学方法处理爆轰波，而不必考虑化学反应的过程。20世纪40年代，Nicholls ,J.A 7、Heldman, D 8和Francois Falempin 9各自独立地提出了简单的爆轰波结构模型，称为ZND模型10。该模型不像CJ理论那样把爆轰区简单地看成一个间断面，而
11、是认为爆轰波由没有化学反应的冲击波和连续的化学反应区组成。ZND模型显然要比CJ理论更符合实际情况，但由于CJ理论简单易用，所以至今还在被广泛使用11。以下是简单介绍CJ理论和ZND模型： 1）CJ理论这一理论是借助气体动力学原理来阐释的11。他们提出如下假定：（1）冲击波与化学反应区作为一维间断面处理，反应在瞬间完成，化学反应速度无穷大，反应的初态和终态重合，跨过波阵面激波守恒定律依然成立，流动或爆轰波的传播是定常的；（2）间断面：爆轰波理解为冲击波，化学反应区作为瞬间释放能量的几何面紧紧贴在冲击波的后面，整个作为间断面来处理，从间断面流出的物质已处于热化学平衡态，因此波后可用热力学状态方程
12、来描述；（3）将爆轰波视为一维平面波，其药柱直径无限大，并忽略起爆端影响；（4）稳定爆轰是定常的，即坐标系可作为惯性系建立在波阵面上。 CJ假设把爆轰过程和爆燃过程简化为一个含化学反应的一维定常传播的强间断面12，对于爆轰过程，该强间断面为爆轰波，对于爆燃过程则叫做爆燃波。将爆轰波或爆燃波简化为含化学反应的强间断面的理论通常称为Chapman-Jouguet理论，简称CJ理论。CJ理论的关键不仅在于上述的CJ假定, 还在于提出了爆轰波能够定常传播的约束条件CJ条件。所谓CJ条件, 是指爆轰波阵面后方的状态用冲击Hugoniot线和Rayleith线13的切点来描述, 或直观地表述为波阵面后方的流动速度等于声速。由CJ条件可得到CJ方程，再结合流体力学的三个守恒方程（即质量、能量和动量守恒方程），再加上爆轰产物的状态方程，就构成了描述爆轰的封闭方程组，而状态方程则取决于化学反应度14（Degree of Chemical Reaction）。CJ理论是定常爆轰理想化的理论，尽管忽略了化学反应的具体进展过程，但它能成功用于爆轰理论分析，尤其爆轰波速度的计算。应用CJ理论计算得出的气体爆轰的爆速值与实测值相差只有1215。但是，对气相爆轰进行精密测量得到的爆轰压强和
