曲管中爆燃向爆震转变特性研究

本项目旨在通过对弯曲管道中爆燃向爆震转变（Deflagration-to-Detonation Transition,简称DDT）特性的机理和应用基础研究，在获得大量试验数据基础上，结合数值模拟，总结归纳曲管中DDT转变规律，为曲管爆震室的设计提供试验数据及理论基础。具体包括：（1）通过对弯曲光管中DDT转变特性的研究，探索其DDT转变机理，获得DDT转变受弯曲率、弯管内径、弯曲长度及点火能量等因素的影响规律。（2）获得冷流下不同曲管爆震室对液体燃料雾化特性影响的试验数据，探索雾化粒度、分布对曲管中DDT转变影响的规律。（3）通过弯曲现有成熟带障碍物直管爆震室，研究不同弯曲特性对有障碍物的曲管爆震室DDT形成、气流流阻的影响，从而为曲管爆震室设计提供直接的试验数据库。

当前脉冲爆震发动机一般采用爆燃向爆震转变（Deflagration-to-Detonation Transition,简称DDT）的间接点火形式实现爆震燃烧方式的能量释放。然而研究表明以碳氢燃料和空气为可爆混合物的直管爆震室DDT距离至少在0.5m以上，若再考虑点火位置前的燃油喷射掺混段长度，爆震室轴向长度将远大于现有航空发动机燃烧室。在DDT转变距离限制的条件下，为缩短爆震室轴向尺寸，采用曲管爆震室替代现有国内外普遍研究的直管爆震室，可以有效的解决此问题。本项目通过对弯曲管道中DDT转变特性的机理和应用基础开展研究，在获得大量试验数据基础上，结合数值模拟，总结分析了曲管中DDT转变规律，为曲管爆震室的设计提供试验数据及理论基础。具体包括：（1）通过对九种爆震室构型的冷态流阻试验及单次热态爆震试验研究发现，螺旋构型爆震管可以有效缩短爆震室轴向长度，并可以缩短DDT时间和DDT距离，同时初步总结了螺旋尺寸对冷态流阻及DDT转变相关特性参数的影响规律；（2）基于U型方管试验器，对爆震波在弯曲管道传播情况进行了一系列试验研究，并针对该实验件进行了二维数值仿真计算，研究了点火位置、点火能量、障碍物形式及弯段曲率对爆震波形成及传播的影响规律；（3）设计了两种螺旋构型爆震室发动机，在获得DDT转变的前提下实现了20Hz多循环工作，试验分析了多循环工作下螺旋管中的DDT转变特性，达到了本项目的预期研究目标。