【摘 要】
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连续旋转爆震发动机（Continuous Rotating Detonation Engine,CRDE）是一种基于爆震燃烧的新型动力装置,具有结构简单、比冲大、体积小、热释放率高等显著优势。连续旋转爆震发动机若采用液态航空煤油作燃料,点火起爆非常困难、混气形成质量差等问题。本文采用数值模拟及试验方法,开展了煤油/氧气预爆器起爆特性及煤油/空气旋转爆震燃烧室爆震燃烧特性的研究。主要研究结果如下:（
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连续旋转爆震发动机（Continuous Rotating Detonation Engine,CRDE）是一种基于爆震燃烧的新型动力装置,具有结构简单、比冲大、体积小、热释放率高等显著优势。连续旋转爆震发动机若采用液态航空煤油作燃料,点火起爆非常困难、混气形成质量差等问题。本文采用数值模拟及试验方法,开展了煤油/氧气预爆器起爆特性及煤油/空气旋转爆震燃烧室爆震燃烧特性的研究。主要研究结果如下:（1）进行了煤油/氧气预爆器的设计,包括双级轴向旋流器与喷嘴一体化结构、点火传焰凹腔和半圆轴向/圆管切向预爆管方案。开展了双级轴向旋流器与喷嘴一体化结构的燃油雾化特性试验,发现增加油压及气量可以显著改善煤油的雾化效果。探索了适用于煤油/氧气预爆器的最佳工作时序及当量比。保证燃料充满预爆器,然后点火起爆,即为最佳工作时序。由于燃油雾化、爆震波发展及混气分布等众多因素的影响,半圆轴向/圆管切向预爆器模型起存在一个最佳当量比,介于0.6-0.8之间。在最佳工作时序下,进行了不同结构的预爆器方案起爆特性试验。圆管切向及半圆轴向预爆器方案均可产生稳定发展的爆震波。由于前导激波易在圆管切向预爆器内产生,圆管切向整体爆震波压力高于半圆轴向预爆器。另外随着预爆器出口背压的降低,爆震波转捩的距离（DDT）变长,能量变低,但仍可产生压力为2.0 MPa左右的爆震波。（2）开展了预爆器起爆旋转爆震燃烧室的数值模拟研究,对比了圆管切向及半圆轴向预爆器对旋转爆震燃烧室爆震波形成过程的影响。相比于圆管切向预爆器,半圆轴向具有较小的迎风面积,但需经历更为复杂的波系发展,甚至多个局部热点的二次起爆才可形成稳定传播的爆震波。综合分析,半圆轴向预爆器有利于工程化应用,而圆管切向预爆器更加适合于开展旋转爆震波传播特性的研究。（3）设计了高速剪切气流与燃油喷射一体化结构用于煤油/空气旋转爆震燃烧室。通过雾化特性试验台对其进行燃油雾化特性的测量。随着来流气量的增加,燃油雾化逐渐改善,煤油SMD可低至15μm。分别采取热射流与预爆器点火方式起爆主爆震室,均产生了压力达0.25MPa,波速1000 m/s的旋转爆震波。预爆器点火方式通过高能量爆震波碰撞、解耦及发展等过程形成稳定传播的旋转爆震波,而热射流点火方式则是通过压缩波缓慢叠加最终形成稳定传播的旋转爆震波。相较于热射流点火方式,采取预爆器点火方式会大幅缩短爆震波的形成时间,但当旋转爆震燃烧室稳定工作后二者的旋转爆震波爆震特性相同。
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