基于DDT过程的旋转爆震波起始机理研究

The initiation of rotating detonation wave is prerequisite to obtain steady operation of RDE. Rotating detonation wave can be initiated by a low ignition energy and deflagration to detonation transition (DDT). This initiation way is simple and efficient, but it is unclear about the initiation mechanism..The DDT in plane-radial combustor of RDE and detonation wave to rotating detonation wave transition will be investigated by experiments and numerical simulations. From the factors such as lateral expansion, lateral jet and reactants activity, the formation and propagation characteristics of flame and shock wave in RDE are analyzed. The interaction and coupling mechanism between shock wave and flame are discussed. The conditions and factors of detonation wave to rotating detonation wave transition are researched. The initiation mechanism of rotating detonation wave based on DDT will be obtained. The research results will make contribute to understand initiation mechanism of rotating detonation wave with low ignition energy, the generation of multi-wave, the reinitiation of the rotating detonation wave and establish simple and efficient initiation way.

旋转爆震波起始是RDE稳定工作的前提。采用低能量点火，通过DDT过程获得旋转爆震波是一种简单、高效的起始方式，但目前对相关机理的认识尚不清楚。.本项目通过实验和数值研究相结合，拟对低能量点火方式下圆盘形RDE燃烧室内的DDT过程、爆震波向旋转爆震波演变过程展开研究，从侧向膨胀、横向射流、反应物活性等因素入手，分析RDE中火焰、激波的形成及传播特点，探讨激波与火焰的相互作用及耦合机制；明确爆震波向旋转爆震波演变的条件及影响因素，从而揭示基于DDT过程的旋转爆震波起始机理。项目成果有助于理解低能量点火方式下旋转爆震波的形成、多波头产生以及旋转爆震波湮灭后再起爆等现象，并对发展简单、高效的旋转爆震波起始方法具有重要意义。

旋转爆震发动机近些年已成为动力领域的研究热点。旋转爆震波的起始是旋转爆震发动机稳定工作的前提，本项目针对圆盘形燃烧室开展基于DDT过程的旋转爆震波起始机理研究。通过离子探针、动态压力传感器以及光学观测等同步测量技术，并结合数值模拟手段，观察到了旋转爆震燃烧室内初始火焰形成、火焰加速、局部爆炸点形成以及旋转爆震波的建立等过程，对比分析了不同工作模态、点火方式、点火位置以及质量流率下旋转爆震波的建立过程，分析了影响旋转爆震波建立的关键因素及其影响规律，揭示了旋转爆震燃烧室内的DDT过程以及旋转爆震波的起始机制。. 研究表明，设计的圆盘形旋转爆震燃烧室可以稳定工作；基于小能量点火的旋转爆震波起始过程可以归纳为火花放电形成初始缓燃火焰，并发展成两道相向传播的燃烧波，燃烧波对撞后形成局部爆炸点，并产生强激波，随后激波与火焰相互作用，初步形成不稳定爆震波，最后发展为稳定的旋转爆震波；通过对单一影响因素的分析，小能量火花塞点火方式下RDW的起爆时间较为随机，且波动很大，随着空气质量流率的增大，起爆时间的波动范围小幅度降低；高能火花塞和预爆震管两种点火方式下RDW起爆时间分布较为集中，且受质量流率的影响较小；对于本项目研究的几种点火位置，均能实现旋转爆震波的成功起始，点火位置靠近喷注面附近点火，RDW的起爆时间相对较短，且波动较小；当旋转爆震波高度接近圆盘形燃烧室宽度时，发现了旋转爆震波的解耦—再起爆现象，旋转爆震波在接近出口处率先解耦，解耦处的前导激波速度逐渐降低，随后与反射激波发生碰撞，流场中出现局部热点，爆震波再次起爆。. 项目研究成果为发展基于小能量注入的旋转爆震波起爆技术奠定了理论基础，有望建立结构简单、可靠的旋转爆震发动机点火技术。