《脉冲爆轰发动机多次循环的外流场研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《脉冲爆轰发动机多次循环的外流场研究（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一届爆轰与爆震发动机研讨会脉冲爆轰发动机多次循环的外流场研究I n v e s t i g a t i o n so nE x t e r n a lF l o wF i e l do fM u l t i - c y c l eP u l s eD e t o n a f i o nE n g i n e归明月。范宝春，于陆军，南京理工大学瞬态物理实验室，g u i m i n g y u e y a h o o m G U IM i n g - y u e , F A NB a o - c h u n ，Y UL u - j u n ，L a bo f T r a n s i e n t
2、P h y s i c s ，N a n j m gU n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yA b s t r a c t ：U s i n gY A - 1 6h i g h - s p e e dp h o t o g r a p ht e c h n i q u e , as e r i e so f e x p e r i m e n t a ls h a d o w g r a p hi m a g e so f t h ee x t e r n a lf l o wf i e l do fm u l t
3、 i - c y c l ep u l s cd e t o n a t i o ne n g i n ef o rh y d r o g e n a i rW e l er e c o r d e d B a s e dO nt h et w o - d i m e n s i o n a la x i s y m m e t r i eN a v i e r - - S t o k e se q u a t i o n sc o u p l i n gw i t I Ic h e m i c a lr e a c t i o n s , t h i sp h e n o m e n a嘲n
4、 u m e r i c a l l ys t u d i e db yu s i n gw a v e ：p r o p a g a t i o na l g o r i t h m T h en u m e r i c a lr e s u l t sw e 忙t r e a t e db yu s i n gc o m p u t a t i o n a lo p t i c s , w h i c hw e r ei ng o o da g r e e m e n tw i t l lt h ee x p e r i m e n t a li m a g e s , T h er e
5、s u l t ss h o wt h a te x i t i n gt h et u b ed u r i n gt h ef i r s tc y c l e , t h ed e t o n a t i o nW a V ed e c a y st ot h es p h e r i c a ls h o c kW a V ea n dt h es u s p e n d e ds h o c ki nt h ed e t o n a t i o np r o d u c ti sf o r m e dd u et ot h eP r a n d t l - M e y e rf l
6、o wmt h ee x i tD u r i n gt h es e c o n dc y c l et h ef l o wf i e l db e h i n dt h ed e c a y e ds h o c kw a V eh a ss o m ev e l o c i t y , w h i c hc a u s f st h el e a d i n gs h o c kg o u r d - s h a p e d 摘要：以等当量比的氢气，空气为研究对象，利用Y A - 1 6 多闪光高速照相机对脉冲爆轰发动机多次循环的管外流场进行了实验研究。基于多组分的二维轴对称N a v
7、 i e r - - S t o k e s 方程，采用波传播算法对该现象进行了数值模拟，并用计算光学对数值结果进行了处理，得出的计算阴影图和实验阴影照片比较l 吻合。结果表明，第一次循环中的爆轰波溢出管外后，衰减成半球形的激波，同时出口处的P r a n d t l - M e y e r 流使泄出的爆轰产物内形成悬吊激波，在第二次循环时，由于衰减后的前导激波前方的介质有一定的速度，使褥前导激波发展成葫芦形。l 引言脉冲爆轰发动机( p u I s ed e t o n a t i o ne n g i n e ，P D E ) 是利用燃# 空气混合物的爆轰原理来产生推力的新概念发动机。它具
8、有结构简单、造价低、热效率高等优点。脉冲爆轰发动机的第二个循环起爆时管内气体具有一定的正向速度，在封闭端附近形成连续的膨胀波l I I ，随后，爆轰波溢出爆轰管时产生的膨胀波抵达封闭端，在此膨胀波和封闭端附近本身膨胀波的共同作用下，推力持续下降，此外，管外复杂流场中的祸与激波的作用田，还会导致推力的振荡，所以研究多循环管外流场结构具有必要性。可视化的爆轰外流场，可形象地说明多循环爆轰外流场的发展过程和结构差异。国内、外对于爆轰流场的可视化主要集中于单次P D El 卅。G A a r o n l 3 1 等利用帧频为i 0 8 的摄影系统，拍摄了不同燃料当量比和充气比例对应的管外流场阴影照片，
9、但未能拍摄鲥外流场巾悬吊澈波的发展过程。丸D a n i e l 帮4 I 研究不同排出器尺寸对单次P D E 性能影响时，拍摄到了外流场巾的悬吊激波，但对其产生机理和发展过程没有进行讨论。国内，李辉煌，杨基明等1 5 l 等和用双曝光全怠干涉方法拍摄了爆轰波通过扩张管的实验照片，但没有对扩张管外流场进行实验研究。另外，火焰自发光会严重影响照片的分辨率。因此，关于多循环爆轰管外流场的时序分辐照片，则迄今尚未见文献报道。1 4本文以等当量比的氢气空气为研究对象，采用高速阴影照相技术对多循环爆轰P D E 的外流场进行实验研究。利川多组分N a v i e r - - S t o k e s 方程
10、对该现象进行了数值模拟，弗根据计算结果，通过计算光学进一步得到流场的计算阴影图，和实验阴影照片进行了分析比较，以验证数值结果的可靠性，同时对脉冲爆轰发动机前两次循环管外流场的结构差异进行了分析2 实验研究本文用的实验装置如图I ，由爆轰管、测量控制系统、光学测量系统和压力测量系统组成爆轰管的内径为3 0 m m ，长度为1 0 0 0 r a m ，垂直安装在固定支架1 ：。爆轰管底端中心处安装点火极，点火能撤为1 5 0 m J 。控制系统用。控制预混气点火、测量系统和照相系统的触发触发信号被分成三路，一路触发数据采集系统，采集存储压力数姑，并通过计算机对数据进行分析处理，得到超乐随时问变化
11、的曲线以及爆轰波的各种参数。另一路触发控制器，按照预先设定的延时时间驱动触发器和高压发生器，从而控制火花光源发光。还有一路触发点火器，使爆轰管中町燃气体点火形成爆轰。光学测量系统由Y A - 1 6 多闪光高速照相机和其它辅助设备组成。多闪光光源在测量控制系统的作用下依次闪光，在经凹面反射镜反射后光线穿过待研究的流场，最终使照相机镜第“* 浦K 目口L “ i J e目“ H m & m 辟# 站构的胡m 月物“a 自山# Al 血* T m m 爆& 瑚 火区 m 一一s m n * t n * s 。- n 一* ”* “* “m ：0 ? ；甚器裟? 湍毽；X 。4 爆i * 舯$ 口*
12、 安# r M 十 * g * - f 目 m &E # 边* 自自边8 m 口力U “ 算爆轰m 口的度U n 来判断* * 成爆 m4 结果与讨论目l 女目F * Is d l e m m bo f o ”H I 嗍l m 碱“ 州“。“卵ms y s t e m3 数值模拟 $ 女月= 镕H # 日目多m H N 一妇A 等+ 盟警4 + 堕警o s( 2 l”J 。控d m “# 目m l | l I m z m l 7 】 采H M “ 掉n ”i “ 潮F 触目l * & 戊 m 行H # # 十，N * 采目自# # f 0 撮# 镕，r h ；硎- J o 舒办镕m 项* 一m
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15、R K 域女H * 轰管m 高燃t P 物，q H 浦地i #十g m 激谜在堪* P 橱# m e & 2 M 的镕色M 域为撒# g 雏2 1 ，n q I 导濑渡前方则为 受n 动静n i气c 田3 ) * - 龋H 塌* M * & * m 目目# 台女M m m # 形n 2 瑰F * 臂口附目亮域m 自a 燃P 物，萁m # m 一a 确“十的谪8 * 皱劫# # 十m 有R 渡t # 烧产妨自前 鲫色E 域为前* 艘缩目台气A i m # * n 自m ( 目4 ) 目4m ：研“ * * 宴m 蝴H ( 抽# ”筹目目日】F i g4E x l * 删Is h a d o w 曲“q E r ”h s ( I c f f ) 删m p m m i o n a I s h “b ( r i g h t ) o r c In 叫n c J dd w o I k ”c o c y c l e团誉团蓦园第一届爆轰与爆震发动机研讨会( ”J 7 L o - - 9 5罔8 第二次循环，轴线上不同位置压力和温度随时问的变化图F i g 8P r e
