基于谐振腔热声耦合的大于100Hz高频爆震波产生方法与机理研究

新概念推进装置脉冲爆震发动机（PDE）以其热效率高、结构简单等理论优势，已成为世界各国动力领域的研究热点。但由于受到隔离介质填充、点火和起爆方式等因素的限制，目前PDE工作频率很低，制约着其性能的提高。本项目拟通过谐振腔内热声耦合来产生高频爆震波，其潜在优势在于不需要在两次循环之间填充隔离介质，也不必每个循环重新点火，可以在短距离内快速起爆，从而简化点火系统、供应系统乃至整个动力系统，并大幅度提高工作频率至几百甚至上千赫兹。本项目以试验研究和理论分析相结合，探索在热声耦合条件下产生高频爆震波的方法，研究热声耦合条件下以下因素：1)谐振腔结构形式；2)供给因素如供给流量、供给频率和供给方式等；3)点火因素如点火位置、点火能量和点火时机等对爆震波产生的影响，揭示热声耦合条件下爆震产生的机理，加深对热声耦合相互作用机理的认识，为高频PDE提供关键技术储备，还可尝试用于脉动燃烧，提高其热循环效率。

爆震发动机具有热循环效率高和结构简单等潜在优势，可以作为一种未来高性能的空天动力装置。由于脉冲爆震发动机（Pulse Detonation Engine, 简称PDE）依靠周期性的爆震波提供动力，因此其工作频率对发动机的工作特性有着重要影响。探索短距离、低损失的起爆方式，实现PDE高频率稳定工作对提高发动机的推力性能和工作效率具有重要意义。.本项目旨在设计合适的谐振腔结构，探索利用热声耦合获得高频爆震波的控制方法，并研究爆震波的形成规律，为高频PDE研究提供关键技术储备。对此开展了大量的理论和实验研究，取得以下成果：（1）设计了稳定工作的机械式旋转阀，实现了反应物的高频供给；（2）研究了谐振腔形式爆震管的冷态特性，得到了供给方式对压力振荡的激励作用规律；（3）针对各种谐振腔结构形式开展了热态点火实验，得到了多种爆震波形成方式，同时验证了进气激励可以缩短起爆距离；（4）在合适的谐振腔结构和供给点火条件下，得到了稳定的高频爆震波及其控制方法，同时研究了点火位置、谐振腔结构、可燃物当量比等因素对工作稳定性的影响；（5）测试了谐振腔式PDE的壁面温度，研究了工作状态与壁温间的相互关系；（6）测试了谐振腔的内流场，得到了多种工作形式下，谐振腔内爆震波的形成过程和起爆规律；（7）研究了谐振腔式PDE排气特性，对谐振腔的排气过程作了进一步阐述。以上研究获得了谐振腔式PDE高频稳定工作的控制方法，提出了可以实现爆震波短距起爆的新思路，推进了高频PDE的工程应用。.综上所述：本项目完成了所有研究内容，达到了预定研究目标。共完成学术论文30篇，SCI收录论文13篇、EI收录论文25篇。另外，还有SCI待检论文1篇、EI待检论文3篇，获授权发明专利10项。依托本项目，培养博士生3名，硕士生4名。