[发明专利]一种构建爆轰波侧向膨胀弱约束边界的装置与方法

说明书

本发明公开了一种构建爆轰波侧向膨胀弱约束边界的装置和方法，装置包括窄直爆轰腔、第一进气口、隔膜、至少两个第一压力传感器、多个第二压力传感器、第二进气口、侧向火焰产生装置、高能点火器，窄直爆轰腔包括依次连接的爆轰波起爆段、爆轰波发展传播段和爆轰波稳定传播测试段，隔膜设置于爆轰波起爆段和爆轰波发展传播段之间，高能点火器设置于爆轰波起爆段的一端，第一进气口与爆轰波起爆段内部连通，至少两个第一压力传感器间隔设置于爆轰波发展传播段上，多个第二压力传感器间隔设置于爆轰波稳定传播测试段上，第二进气口与爆轰波稳定传播测试段内部连通，侧向火焰产生装置设置于爆轰波稳定传播测试段上。

技术领域

本发明属于爆轰波传播特性技术领域，具体涉及一种构建爆轰波侧向膨胀弱约束边界的装置与方法。

背景技术

爆轰波是由激波与化学反应强烈耦合的超声速燃烧波。爆轰波在传播过程中，若失去物理固壁面的强约束，化学反应区气流将发生侧向膨胀，导致爆轰波的峰值压力和传播速度发生明显的亏损。旋转爆轰发动机(Rotating Detonation Engine,简称RDE)是一种基于爆轰燃烧的新概念发动机，与基于等压燃烧的传统动力推进系统相比，具有热循环效率高、比推力大、结构简单等优势，是当前航空航天推进领域的研究热点与前沿。

旋转爆轰燃烧室内爆轰波周向连续旋转传播过程中，靠近排气的一侧受燃烧边界的弱约束会产生侧向膨胀损失，严重时甚至会导致爆轰波的传播失稳和熄灭，使得发动机无法正常工作进而影响其推进性能。为揭示旋转爆轰燃烧室中侧向燃烧引起的侧向膨胀对爆轰波传播特性的影响规律，目前研究人员通常采用薄膜隔离常温惰性气体的方法，即在等直爆轰通道内放置一轴向薄膜，薄膜一侧填充惰性气体，另一侧填充可燃预混气，以此来形成爆轰波传播时的弱约束边界。

事实上，该方法存在诸多缺陷。一方面，隔离薄膜的厚度对爆轰波传播特性的影响难以控制，且实际操作时放置薄膜的难度较大，不便于调节预混气高度；另一方面，该方法忽略了真实燃烧室中爆轰波与侧向燃烧锋面的相互作用。更重要的是，真实的旋转爆轰燃烧室中侧向燃烧锋面形成的弱约束边界温度较高，此高温弱约束边界对爆轰波传播稳定性的影响无法在隔膜与惰性气体形成的弱约束边界中体现。因此，有必要提供一种更接近实际且操作便捷的方法来研究旋转爆轰发动机中侧向燃烧引起的侧向膨胀。

发明内容

本发明的目的是为了解决在研究侧向膨胀对爆轰波传播特性影响的过程中，针对爆轰波侧向燃烧锋面形成的弱约束边界温度较高的特点，提出一种新型的能够模拟此高温弱约束边界且操作简单的构建爆轰波侧向膨胀弱约束边界的装置与方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种构建爆轰波侧向膨胀弱约束边界的装置，包括窄直爆轰腔、第一进气口、隔膜、至少两个第一压力传感器、多个第二压力传感器、第二进气口、侧向火焰产生装置、高能点火器，

所述窄直爆轰腔包括依次连接的爆轰波起爆段、爆轰波发展传播段和爆轰波稳定传播测试段，所述隔膜设置于爆轰波起爆段和爆轰波发展传播段之间，所述高能点火器设置于爆轰波起爆段的一端，所述第一进气口与爆轰波起爆段内部连通，至少两个第一压力传感器间隔设置于爆轰波发展传播段上用于检测爆轰波发展传播段内的压力，多个第二压力传感器间隔设置于爆轰波稳定传播测试段上用于检测爆轰波稳定传播测试段内的压力，所述第二进气口与爆轰波稳定传播测试段内部连通，侧向火焰产生装置设置于爆轰波稳定传播测试段上。

进一步地，所述侧向火焰产生装置包括多个侧向火焰点火器，多个侧向火焰点火器依次设置于爆轰波稳定传播测试段上。

进一步地，多个侧向火焰点火器依次均匀设置于爆轰波稳定传播测试段上。

进一步地，多个侧向火焰点火器与多个第二压力传感器相对设置。

进一步地，还包括扰流器，所述扰流器设置于爆轰波起爆段内。

进一步地，多个第二压力传感器均匀间隔设置于爆轰波稳定传播测试段上。