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爆轰是一种极其快速的预混燃烧放热方式,因其有极高的燃烧效率和非常快的燃烧速度而被各国研究者重视,成为燃烧推进领域的一大热点。本文通过对连续爆轰发动机实验整体构成的研究,构建了操作简单准确的连续爆轰发动机实验控制系统,并验证了该系统的操作可靠性;对连续爆轰发动机的测量系统进行实验标定工作,基于此的分析解释了连续爆轰发动机压力信号图中的负值产生的原因;设计制作了多种型号的燃烧室模型并对燃烧室模型的可靠性及可行性进行了实验分析。总的来说,本文在完成连续爆轰发动机实验系统的建设及调试之后,还对其爆轰性能进行了相关分析,达到了项目的要求。 本文的主要内容如下: 一、详细介绍了连续爆轰发动机实验系统的构成。对连续爆轰发动机实验中可能用到的各种测量技术进行了相关介绍,如:离子探针技术、高速摄影技术、激光干涉技术及压电传感器测量技术。介绍了本文所用实验研究中的控制系统、点火系统、测量系统及管道排放系统。并对连续爆轰发动机实验的实验步骤及注意事项进行了说明。 二、多种预爆轰管进气方式的研究。在预爆轰管和爆轰燃烧室共用进气管道的实验中,发现了连续爆轰发动机实验中的爆轰熄灭及回火现象。连续爆轰发动机实验中的回火现象是由于后部有隔膜与卸爆罐分开,预爆轰管与燃烧室同一管道进气的耦合造成的。进气后由于引导管道后部的隔膜导致气体趋于静止,氢气与氧气在燃烧室前端甚至进气管道内混合,点燃后燃烧室内气体后,燃烧向上传播。为了解决回火问题,设计了预爆轰管与燃烧室的分离进气装置,该装置的引入减少了可燃气体在前端的混合,同时有利于燃烧室产物的排出,使得连续爆轰更容易形成。 三、研究了连续爆轰发动机燃烧室内压力在实验进行过程中的演化情况,并就压力结果与数值模拟进行了比较,阐述了压力变化背后的物理机制。研究结果表明,在连续爆轰发动机工作的初期,燃烧室内并不能立即形成稳定传播的连续旋转爆轰波,在预爆轰管内的爆轰波冲入燃烧室后,燃烧室内的压力变得紊乱没有条理,没有连续爆轰特有的压力特征,经过一段时间后,连续爆轰会形成并持续稳定的旋转传播,此时的爆轰波压力稳定且较高,符合速度传播条件,证明连续爆轰已经形成。 四、对短内柱连续爆轰发动机的可行性进行了实验研究。爆轰燃烧的燃烧速度快、效率高,能量释放快,在推进领域有独特优势,但快速的能量释放使燃烧室承受巨大的热负荷问题,长期工作在高温且产物水分的环境下,燃烧室内壁及内柱易造成烧蚀,烧蚀的壁面会阻碍爆轰波的传播甚至导致爆轰的熄灭。在数值模拟中,无内柱连续爆轰发动机在特定的进气及点火方式下是可行的。本文首先就短内柱连续爆轰发动机的可行性进行了研究,为无内柱连续爆轰发动机的研究提供了前瞻性实验数据。 五、最后,对本文的研究工作做了总结,并对以后实验工作的方向做了相应的展望。