论文部分内容阅读
摘要：为了研究爆轰波在分叉管内的传播特性，对以H2/O2为燃料的分叉式脉冲爆轰发动机进行了实验研究。分别测试了不同工况条件下管内不同采样点爆轰波压力，并对其变化过程进行了深入分析。实验结果表明：爆轰波在分叉管内传播过程中，分叉口下游主管道内爆轰波在经过6倍管径长度的过渡区后恢复稳定，爆轰强度不变。爆轰波绕射进入分叉支管2，并且在管壁发生多次碰撞和反射，形成过驱爆轰，在燃料充分填充的条件下可以恢复稳定爆轰，爆轰强度与主管道内爆轰波强度相同。在分叉支管2内加装扰流片对加快形成爆轰的影响甚小，分叉支管2内燃料填充率是形成稳定爆轰的关键。
关键词：爆轰波；分叉管；二次点火；进气压力；扰流片
中图分类号：TJ763；V231.2 文献标识码：A 文章编号：1673-5048（2017）02-0049-06
0引言
爆轰波在传播过程中，流通通道突然变化时会发生绕射。爆轰波绕射是爆轰波在管道内传播过程中的常见现象，一直受到众多学者的关注。首先，从爆轰推进技术的应用角度来看，研究爆轰波在分叉支管内的绕射及演变情况有利于实现脉冲爆轰发动機（Pluse Detonation Engine，PDE）串联点火起爆，降低点火能量，缩短起爆时间和距离，提高脉冲爆轰发动机工作频率。其次，研究爆轰波在管道内的绕射现象对于工业安全具有重要意义，明确爆轰波在复杂管路内的传播情况，有利于抑制爆轰的产生，降低工业生产中的风险。
爆轰波在分叉管路内绕射现象，涉及诱导激波、爆轰波解耦、化学反应区和几何壁面的相互干扰等相关因素。临界管径概念是研究爆轰波在管路内绕射的重要理论依据，即在其他参数确定的条件下，传播管道的管径存在一个临界值，当管径小于临界管径时，爆轰波会发生熄爆现象。TJi Jian-ling等人采用航空煤油为燃料、O2为氧化剂，进行了变截面气液两相PDE实验研究，结果表明：收敛结构可以提高爆轰波压力，大管和小管存在一个最佳管径比，可以保证爆轰波在变截面流通通道内保持稳定传播。Hoke J等人以航空汽油为燃料、N2O为氧化剂，进行了PDE预爆轰点火实验研究，分析了点火过程对发动机推力的影响，结果表明：采用预爆轰点火方式下发动机推力相较于传统点火方式有明显提高。Pintgen F等人通过实验研究，观察到爆轰波在两种不同混合气体中的绕射过程，采用激光诱导荧光成像技术获得了管内不同时刻OH原子团的分布情况，清晰反映了爆轰波在解耦和二次点火过程中的传播情况。Driscoll R等人采用C2H4/O2/N2，预混合气体进行了正交支管预爆轰点火实验研究，分析了支管不同管长和管径对点火过程的影响，保持初始条件不变，改变支管的管径和发动机的工作频率对爆轰波的波速和压力峰值没有影响。Smolinska A等人通过实验和数值模拟，得到爆轰波绕射后的胞格结构，明确地反映了爆轰波的绕射过程。GuoChangming等人对爆轰波在分叉管内传播特征进行了实验和数值研究，对爆轰波衰减、马赫反射和爆轰波二次点火等过程进行了讨论。Hopper D R等人对分叉式PDE进行了实验研究，分析了正交排布和倾斜排布两种分叉管排布方式对爆轰波传播的影响，证明存在最小分叉管管长，有效降低爆轰波的能量损失，提高PDE串联点火效率。王昌建等人以H2/O2/Ar预混气体为燃料，在不同初始压力条件下对爆轰波在矩形截面T型管内传播过程进行了实验研究，结果表明：T型分叉管对稳定传播爆轰波的影响是局部的，在分叉口下游区域（距分叉口4～6倍管径处），爆轰波恢复稳定传播。潘振华。等人利用带化学反应的二维Euler方程，对H2，O2，Ar体积比为2：1：1的混合气体在T型管内流动进行了数值模拟，分析了静止系统和流动系统中爆轰波绕射过程，迎风面和顺风面爆轰波胞格结构存在明显差异。卢秦尉等人利用三阶TVD格式对H2/O2/Ar混合气体爆轰波在分叉管内传播过程进行了二维数值计算，分析了不同组分浓度条件下爆轰波在分叉处熄爆解耦现象，研究了稀释氩气对爆轰波绕射的影响。范玮等人对多分支管PDE进行了实验研究，分析了转折角度对于爆轰波强度的影响，转角越小，爆轰波在分支转弯处压力损失越小，分叉支管内爆轰波压力越高，采用渐变的过渡方式，对于维持爆轰波的强度是有益的。
本文以H2/O2，为燃料，以PDE为实验平台，在PDE尾部已经形成稳定爆轰位置加装T型分叉支管结构进行实验研究，分析了不同填充条件和扰流片对爆轰波绕射的影响。
1实验系统
1.1实验装置
实验系统主要包括燃料供给系统、点火系统、数据采集系统和PDE主体结构和分叉支管。图1为爆轰波在分叉支管内传播特性研究实验装置示意图。
实验平台主体是内径30 mm的脉冲爆轰发动机，主体长度1 200 mm，H2和O2，采用对撞喷注方式喷入脉冲爆轰发动机混合室。使用高能等离子体点火，点火位置距离发动机封闭端190 mm，实验中只进行单次点火，针对一个周期内的爆轰波传播情况进行研究。为快速形成稳定传播的爆轰波，在点火头下游70 mm处安装有长度为250 mm的扰流片。点火头下游爆轰管内依次布置了4个PCB动态压力传感器，距离点火位置分别为400mm、500 mm、800 mm和900 mm。在距离点火头700 mm处为一个三通结构，连接一个长度700mm、内径30 mm的分叉支管2。在分叉支管2上距离三通分叉处200 mm和440 mm分别布置了2个PCB动态压力传感器。脉冲爆轰发动机内HJO2填充时间，以及点火时序均由一个自行设计的八通道单片机进行控制，各通道之间的最小时间间隔为5 ms。高频压力采集系统由动态压力传感器、数据传输线、采集卡和滤波器等设备与电脑相连，并采用一个自主开发的采集软件进行控制。高频数据采集系统共有8个通道，采样频率设定为1MS/s。高频压力传感器量程为3 450 kPa，灵敏度为1.45 mV/kPa，分辨率为0.014 kPa，谐振频率大于等于500 kHz，上升时间小于等于1.0μs，低频响应0.01 Hz，非线性小于等于1.0%FS，工作温度范围为-73～+135℃，灵敏度温度系数小于等于0.054%/℃。由于爆轰波温度远高于压力传感器的工作条件，会导致压力传感器测试的数据有大的漂移，为此，在实验中采用冷却水套对传感器进行冷却，通过不断注入的冷却水将温度保持在传感器的工作范围之内。 1.2实验目标
（1）以H2/O2，为燃料和氧化剂进行实验，研究爆轰波在T型分叉管内的传播情况。
（2）在脉冲爆轰发动机内填充H2/O2，的条件下，分别针对分叉支管2内未填充燃料和填充燃料两种工况进行实验研究，分析分叉支管2内燃料填充条件对爆轰波在分叉支管内传播的影响。
（3）保证其他工况不变，在分叉支管2内安置扰流片进行实验研究，分析扰流片对爆轰波在分叉支管2内传播的影响。
2实验结果及分析
2.1爆轰波在分叉管内传播过程的实验研究
在初始压力0.1 MPa，初始温度300 K条件下，以H2流量3.23G/s，O2流量24.24g/s为例分析爆轰波在分叉支管内的传播过程。从安全性角度考虑，需要进行精确的时序控制，为此采用八通道单片机进行控制。在500～1 000 ms控制主管道燃料填充的电磁阀开启，主爆轰管进行燃料填充，在1 100～1 400 ms时高频点火装置进行点火。图2所示为上述工况条件下，一个周期内主爆轰管和分叉支管内不同位置处传感器采集到的压力曲线。
由图2可以看出，爆轰管内压力扰动依次从点火端传播至出口端，并且在此过程中布置于分叉支管2内的动态压力传感器PCB5和PCB6也采集到明显的压力扰动，其中，PCB5的压力峰值达到5.04 MPa，说明爆轰波在分叉处繞射进入支管。布置于主爆轰管内的PCB1和PCB2压力峰值分别为2.04 MPa、2.01 MPa，PCB1和PCB2相距100 mm，计算出此区间内爆轰波传播速度为2 983.4 m/s。可以认定，此时主爆轰管内在PCB1处已经形成稳定传播的爆轰波。为对比分析，采用CEA软件对实验工况进行数值计算，选取det（查普曼-儒盖爆震问题）模型进行计算，初始温度选择300 K，初始压力为0.101 MPa，在reactant模块下选取H2和O2作为燃料和氧化剂，根据进气流量选取对应的摩尔分数，保存计算参数后，在output模块下选择所需的物理量，最后运行计算程序，得到在实验工况下爆轰波理论压力峰值为2.12 MPa，爆轰波波速3 001.0 m/s。实验结果和理论值有一定差距，但是，理论值是基于燃料充分混合条件下计算得到的，实验中参混过程与理想状态有所差异，故爆轰波参数与理论计算值有一定的差距。PCB3和PCB4位于分叉口右侧，压力峰值分别为2.65 MPa和1.94 MPa，PCB3的压力峰值略高于稳定爆轰条件下的压力值2.12 MPa，这是因为爆轰波传播至分叉支管处绕射进入分叉支管，此时，主爆轰管内传播的爆轰波由于一侧壁面约束的消失会导致爆轰波强度降低，波阵面由平面转变为曲面，爆轰波在通过分叉处以后约束恢复，爆轰波在主爆轰管壁面上不断反射碰撞，爆轰波强度不断增强，形成过驱爆轰，故PCB3压力峰值略高于稳定爆轰压力。随着爆轰波的持续传播，经过6倍管径长度后，爆轰波恢复为稳定传播的平面爆轰波，压力峰值也趋于稳定，PCB4压力峰值恢复为1.94 MPa。
图3所示为PCB3和PCB4的压力曲线，压力在极短时间内迅速上升，其波后平台压力分别为1.3 MPa和1.0 MPa左右，再根据相邻两个压力传感器的压力数据可以计算出爆轰波在此期间的平均传播速度（v=△d/△t）为3 141.2 m/s，实验值略高于理论计算值（3 001.0 m/s）是因为在PCB3到PCB4区间内，爆轰波由过驱状态向稳定传播状态过渡，故测量得到的波速略高于计算值。这也充分说明在通过分叉口后的过渡段内存在过驱爆轰现象。
由图2可知，分叉支管2内PCB5和PCB6压力峰值分别为5.04 MPa和0.67 MPa，PCB5的压力峰值远高于稳定爆轰压力，相比于PCB3的压力峰值也有明显增大。爆轰波压力与燃料填充度有密切的关系，因此采用商业软件对燃料填充过程进行数值模拟。图4为燃料填充过程中分叉处流线图，由图中看出，在主爆轰管进行燃料填充时氢氧混合气具有较大轴向速度，传播至分叉处时混合气流通道扩大，由于压力差的存在，部分预混气体进入分叉支管2内，在分叉处下游形成一个涡，涡的存在影响了分叉支管2下游位置燃料的填充。故分叉支管2内预混气体集中分布于靠近分叉口一端（PCB5位于此区域），远离分叉口的位置燃料填充不足。主爆轰管内爆轰波传播至分叉口处时绕射进入分叉支管，爆轰波由于壁面约束条件的改变，波阵面弯曲，强度有所减弱。PCB5处燃料填充充分，且爆轰波以较大的速度与支管壁面反复碰撞，产生局部热点，爆轰波强度在短时间内会有显著增强，形成强烈的过驱爆轰，导致PCB5压力峰值远高于稳定爆轰压力。分叉支管2内距离分叉口越远，燃料填充越少，PCB6处燃料填充严重不足，故压力较低，没有形成爆轰。
2.2支管燃料填充对爆轰波在分叉支管内传播特性影响的实验研究
为研究支管内燃料填充对爆轰波在分叉支管内传播特性的影响，在2.1节脉冲爆轰发动机成功起爆的基础上，保持发动机供气条件和时序控制不变，通过改变支管内混合气体填充条件进行，分别对H2/O2进气流量3.23g/s，24.24g/s；4.72g/s，36.16 g/s；5.62 g/s，43.36 g/s三种不同进气条件进行实验研究。表1为支管内不同进气条件下管内爆轰波参数，图5为支管内H2/O2，在不同进气压力条件下起爆后分叉支管2内PCB5和PCB6处压力波曲线，由图中可以看出各压力图中压力变化规律一致。由表1可知，当分叉支管内进行燃料填充时，爆轰波强度和波速明显增大，支管未填充时（如图5（a）所示），PCB5压力峰值5.03MPa，PCB6处因燃料不足，压力峰值0.67 MPa，平均波速仅为469.7 m/s，远远低于爆轰波波速，表明在这种条件下支管内没有形成爆轰。当支管内进行燃料填充后，PCB5和PCB6压力均有明显增大，其中PCB5压力峰值均大于7 MPa，随着进气流量的增加，PCB5压力峰值变化甚小，这是因为在三种进气压力条件下，PCB5处燃料充分，位于分叉口下游过渡段内，主管道爆轰波绕射进入支管2，处于过驱爆轰状态，故压力峰值较高，三种进气条件下PCB5处燃料填充度相差甚小，故过驱爆轰压力变化幅度较小。在分叉支管2进行燃料填充条件下，PCB6爆轰波压力峰值分别为1.93MPa，1.95 MPa和1.96 MPa，平均波速分别达到3 055.6 m/s，3 084.3 m/s和3 142.8 m/s，略高于稳定爆轰条件下爆轰波波速。结果表明，在三种进气条件下，PCB5和PCB6区间爆轰波由过驱爆轰向稳定爆轰转变，在PCB6处已经形成了稳定爆轰。
2.3扰流片对爆轰波在分叉支管内传播特性影响的实验研究
扰流片是促进燃烧转爆轰的重要装置，为了研究扰流片对爆轰波在分叉支管内传播特性的影响，在2.1节脉冲爆轰发动机成功起爆的基础上，保持发动机供气条件和时序控制不变，在分叉支管2内靠近分叉口一端安装长度为120 mm的扰流片进行实验研究，扰流片安置位置及扰流片结构如图6所示。
图7（a）是在支管内加装扰流片后PCB5和PCB6压力曲线图，图7（b）是未加装扰流片条件下PCB5和PCB6压力曲线图。在加装扰流片条件下，分叉支管内PCB5压力峰值为3.89 MPa，略低于未加装扰流片时PCB5压力峰值5.03 MPa。可见，在分叉支管2未填充燃料条件下，安装扰流片会降低分叉支管2内靠近分叉处的压力峰值。绕射进入支管的爆轰波具有很高的能量，在燃料充分的条件下可以迅速起爆，形成稳定爆轰，扰流片增加湍流化的作用对形成爆轰影响甚小。因此，爆轰波在分叉管路内绕射传播的核心问题是燃料的填充，由于扰流片的存在，流通通道受到阻塞，导致主管道燃料填充过程中，进入分叉支管2内的预混合燃料减少，过驱爆轰压力降低。在远离分叉口位置燃料填充量受扰流片影响很小，PCB6处压力峰值几乎没有变化。
3结论
（1）对以氢氧混合气为燃料的脉冲爆轰发动机平台进行实验研究，获得了爆轰波在分叉管路内传播过程的压力参数，明确反映了在分叉口下游位置过渡区内存在过驱爆轰现象，爆轰波压力峰值和波速较稳定爆轰条件下有明显的增强。爆轰波在经过分叉口后6倍管径位置处已经恢复为稳定爆轰。
（2）在分叉支管2内燃料填充充足条件下，爆轰波绕射进入分叉支管2，经过过驱爆轰后形成稳定传播的爆轰波。
（3）扰流片对加速支管内稳定爆轰的形成影响甚小，支管内燃料填充是维持爆轰波在支管内稳定传播的关键。
关键词：爆轰波；分叉管；二次点火；进气压力；扰流片
中图分类号：TJ763；V231.2 文献标识码：A 文章编号：1673-5048（2017）02-0049-06
0引言
爆轰波在传播过程中，流通通道突然变化时会发生绕射。爆轰波绕射是爆轰波在管道内传播过程中的常见现象，一直受到众多学者的关注。首先，从爆轰推进技术的应用角度来看，研究爆轰波在分叉支管内的绕射及演变情况有利于实现脉冲爆轰发动機（Pluse Detonation Engine，PDE）串联点火起爆，降低点火能量，缩短起爆时间和距离，提高脉冲爆轰发动机工作频率。其次，研究爆轰波在管道内的绕射现象对于工业安全具有重要意义，明确爆轰波在复杂管路内的传播情况，有利于抑制爆轰的产生，降低工业生产中的风险。
爆轰波在分叉管路内绕射现象，涉及诱导激波、爆轰波解耦、化学反应区和几何壁面的相互干扰等相关因素。临界管径概念是研究爆轰波在管路内绕射的重要理论依据，即在其他参数确定的条件下，传播管道的管径存在一个临界值，当管径小于临界管径时，爆轰波会发生熄爆现象。TJi Jian-ling等人采用航空煤油为燃料、O2为氧化剂，进行了变截面气液两相PDE实验研究，结果表明：收敛结构可以提高爆轰波压力，大管和小管存在一个最佳管径比，可以保证爆轰波在变截面流通通道内保持稳定传播。Hoke J等人以航空汽油为燃料、N2O为氧化剂，进行了PDE预爆轰点火实验研究，分析了点火过程对发动机推力的影响，结果表明：采用预爆轰点火方式下发动机推力相较于传统点火方式有明显提高。Pintgen F等人通过实验研究，观察到爆轰波在两种不同混合气体中的绕射过程，采用激光诱导荧光成像技术获得了管内不同时刻OH原子团的分布情况，清晰反映了爆轰波在解耦和二次点火过程中的传播情况。Driscoll R等人采用C2H4/O2/N2，预混合气体进行了正交支管预爆轰点火实验研究，分析了支管不同管长和管径对点火过程的影响，保持初始条件不变，改变支管的管径和发动机的工作频率对爆轰波的波速和压力峰值没有影响。Smolinska A等人通过实验和数值模拟，得到爆轰波绕射后的胞格结构，明确地反映了爆轰波的绕射过程。GuoChangming等人对爆轰波在分叉管内传播特征进行了实验和数值研究，对爆轰波衰减、马赫反射和爆轰波二次点火等过程进行了讨论。Hopper D R等人对分叉式PDE进行了实验研究，分析了正交排布和倾斜排布两种分叉管排布方式对爆轰波传播的影响，证明存在最小分叉管管长，有效降低爆轰波的能量损失，提高PDE串联点火效率。王昌建等人以H2/O2/Ar预混气体为燃料，在不同初始压力条件下对爆轰波在矩形截面T型管内传播过程进行了实验研究，结果表明：T型分叉管对稳定传播爆轰波的影响是局部的，在分叉口下游区域（距分叉口4～6倍管径处），爆轰波恢复稳定传播。潘振华。等人利用带化学反应的二维Euler方程，对H2，O2，Ar体积比为2：1：1的混合气体在T型管内流动进行了数值模拟，分析了静止系统和流动系统中爆轰波绕射过程，迎风面和顺风面爆轰波胞格结构存在明显差异。卢秦尉等人利用三阶TVD格式对H2/O2/Ar混合气体爆轰波在分叉管内传播过程进行了二维数值计算，分析了不同组分浓度条件下爆轰波在分叉处熄爆解耦现象，研究了稀释氩气对爆轰波绕射的影响。范玮等人对多分支管PDE进行了实验研究，分析了转折角度对于爆轰波强度的影响，转角越小，爆轰波在分支转弯处压力损失越小，分叉支管内爆轰波压力越高，采用渐变的过渡方式，对于维持爆轰波的强度是有益的。
本文以H2/O2，为燃料，以PDE为实验平台，在PDE尾部已经形成稳定爆轰位置加装T型分叉支管结构进行实验研究，分析了不同填充条件和扰流片对爆轰波绕射的影响。
1实验系统
1.1实验装置
实验系统主要包括燃料供给系统、点火系统、数据采集系统和PDE主体结构和分叉支管。图1为爆轰波在分叉支管内传播特性研究实验装置示意图。
实验平台主体是内径30 mm的脉冲爆轰发动机，主体长度1 200 mm，H2和O2，采用对撞喷注方式喷入脉冲爆轰发动机混合室。使用高能等离子体点火，点火位置距离发动机封闭端190 mm，实验中只进行单次点火，针对一个周期内的爆轰波传播情况进行研究。为快速形成稳定传播的爆轰波，在点火头下游70 mm处安装有长度为250 mm的扰流片。点火头下游爆轰管内依次布置了4个PCB动态压力传感器，距离点火位置分别为400mm、500 mm、800 mm和900 mm。在距离点火头700 mm处为一个三通结构，连接一个长度700mm、内径30 mm的分叉支管2。在分叉支管2上距离三通分叉处200 mm和440 mm分别布置了2个PCB动态压力传感器。脉冲爆轰发动机内HJO2填充时间，以及点火时序均由一个自行设计的八通道单片机进行控制，各通道之间的最小时间间隔为5 ms。高频压力采集系统由动态压力传感器、数据传输线、采集卡和滤波器等设备与电脑相连，并采用一个自主开发的采集软件进行控制。高频数据采集系统共有8个通道，采样频率设定为1MS/s。高频压力传感器量程为3 450 kPa，灵敏度为1.45 mV/kPa，分辨率为0.014 kPa，谐振频率大于等于500 kHz，上升时间小于等于1.0μs，低频响应0.01 Hz，非线性小于等于1.0%FS，工作温度范围为-73～+135℃，灵敏度温度系数小于等于0.054%/℃。由于爆轰波温度远高于压力传感器的工作条件，会导致压力传感器测试的数据有大的漂移，为此，在实验中采用冷却水套对传感器进行冷却，通过不断注入的冷却水将温度保持在传感器的工作范围之内。 1.2实验目标
（1）以H2/O2，为燃料和氧化剂进行实验，研究爆轰波在T型分叉管内的传播情况。
（2）在脉冲爆轰发动机内填充H2/O2，的条件下，分别针对分叉支管2内未填充燃料和填充燃料两种工况进行实验研究，分析分叉支管2内燃料填充条件对爆轰波在分叉支管内传播的影响。
（3）保证其他工况不变，在分叉支管2内安置扰流片进行实验研究，分析扰流片对爆轰波在分叉支管2内传播的影响。
2实验结果及分析
2.1爆轰波在分叉管内传播过程的实验研究
在初始压力0.1 MPa，初始温度300 K条件下，以H2流量3.23G/s，O2流量24.24g/s为例分析爆轰波在分叉支管内的传播过程。从安全性角度考虑，需要进行精确的时序控制，为此采用八通道单片机进行控制。在500～1 000 ms控制主管道燃料填充的电磁阀开启，主爆轰管进行燃料填充，在1 100～1 400 ms时高频点火装置进行点火。图2所示为上述工况条件下，一个周期内主爆轰管和分叉支管内不同位置处传感器采集到的压力曲线。
由图2可以看出，爆轰管内压力扰动依次从点火端传播至出口端，并且在此过程中布置于分叉支管2内的动态压力传感器PCB5和PCB6也采集到明显的压力扰动，其中，PCB5的压力峰值达到5.04 MPa，说明爆轰波在分叉处繞射进入支管。布置于主爆轰管内的PCB1和PCB2压力峰值分别为2.04 MPa、2.01 MPa，PCB1和PCB2相距100 mm，计算出此区间内爆轰波传播速度为2 983.4 m/s。可以认定，此时主爆轰管内在PCB1处已经形成稳定传播的爆轰波。为对比分析，采用CEA软件对实验工况进行数值计算，选取det（查普曼-儒盖爆震问题）模型进行计算，初始温度选择300 K，初始压力为0.101 MPa，在reactant模块下选取H2和O2作为燃料和氧化剂，根据进气流量选取对应的摩尔分数，保存计算参数后，在output模块下选择所需的物理量，最后运行计算程序，得到在实验工况下爆轰波理论压力峰值为2.12 MPa，爆轰波波速3 001.0 m/s。实验结果和理论值有一定差距，但是，理论值是基于燃料充分混合条件下计算得到的，实验中参混过程与理想状态有所差异，故爆轰波参数与理论计算值有一定的差距。PCB3和PCB4位于分叉口右侧，压力峰值分别为2.65 MPa和1.94 MPa，PCB3的压力峰值略高于稳定爆轰条件下的压力值2.12 MPa，这是因为爆轰波传播至分叉支管处绕射进入分叉支管，此时，主爆轰管内传播的爆轰波由于一侧壁面约束的消失会导致爆轰波强度降低，波阵面由平面转变为曲面，爆轰波在通过分叉处以后约束恢复，爆轰波在主爆轰管壁面上不断反射碰撞，爆轰波强度不断增强，形成过驱爆轰，故PCB3压力峰值略高于稳定爆轰压力。随着爆轰波的持续传播，经过6倍管径长度后，爆轰波恢复为稳定传播的平面爆轰波，压力峰值也趋于稳定，PCB4压力峰值恢复为1.94 MPa。
图3所示为PCB3和PCB4的压力曲线，压力在极短时间内迅速上升，其波后平台压力分别为1.3 MPa和1.0 MPa左右，再根据相邻两个压力传感器的压力数据可以计算出爆轰波在此期间的平均传播速度（v=△d/△t）为3 141.2 m/s，实验值略高于理论计算值（3 001.0 m/s）是因为在PCB3到PCB4区间内，爆轰波由过驱状态向稳定传播状态过渡，故测量得到的波速略高于计算值。这也充分说明在通过分叉口后的过渡段内存在过驱爆轰现象。
由图2可知，分叉支管2内PCB5和PCB6压力峰值分别为5.04 MPa和0.67 MPa，PCB5的压力峰值远高于稳定爆轰压力，相比于PCB3的压力峰值也有明显增大。爆轰波压力与燃料填充度有密切的关系，因此采用商业软件对燃料填充过程进行数值模拟。图4为燃料填充过程中分叉处流线图，由图中看出，在主爆轰管进行燃料填充时氢氧混合气具有较大轴向速度，传播至分叉处时混合气流通道扩大，由于压力差的存在，部分预混气体进入分叉支管2内，在分叉处下游形成一个涡，涡的存在影响了分叉支管2下游位置燃料的填充。故分叉支管2内预混气体集中分布于靠近分叉口一端（PCB5位于此区域），远离分叉口的位置燃料填充不足。主爆轰管内爆轰波传播至分叉口处时绕射进入分叉支管，爆轰波由于壁面约束条件的改变，波阵面弯曲，强度有所减弱。PCB5处燃料填充充分，且爆轰波以较大的速度与支管壁面反复碰撞，产生局部热点，爆轰波强度在短时间内会有显著增强，形成强烈的过驱爆轰，导致PCB5压力峰值远高于稳定爆轰压力。分叉支管2内距离分叉口越远，燃料填充越少，PCB6处燃料填充严重不足，故压力较低，没有形成爆轰。
2.2支管燃料填充对爆轰波在分叉支管内传播特性影响的实验研究
为研究支管内燃料填充对爆轰波在分叉支管内传播特性的影响，在2.1节脉冲爆轰发动机成功起爆的基础上，保持发动机供气条件和时序控制不变，通过改变支管内混合气体填充条件进行，分别对H2/O2进气流量3.23g/s，24.24g/s；4.72g/s，36.16 g/s；5.62 g/s，43.36 g/s三种不同进气条件进行实验研究。表1为支管内不同进气条件下管内爆轰波参数，图5为支管内H2/O2，在不同进气压力条件下起爆后分叉支管2内PCB5和PCB6处压力波曲线，由图中可以看出各压力图中压力变化规律一致。由表1可知，当分叉支管内进行燃料填充时，爆轰波强度和波速明显增大，支管未填充时（如图5（a）所示），PCB5压力峰值5.03MPa，PCB6处因燃料不足，压力峰值0.67 MPa，平均波速仅为469.7 m/s，远远低于爆轰波波速，表明在这种条件下支管内没有形成爆轰。当支管内进行燃料填充后，PCB5和PCB6压力均有明显增大，其中PCB5压力峰值均大于7 MPa，随着进气流量的增加，PCB5压力峰值变化甚小，这是因为在三种进气压力条件下，PCB5处燃料充分，位于分叉口下游过渡段内，主管道爆轰波绕射进入支管2，处于过驱爆轰状态，故压力峰值较高，三种进气条件下PCB5处燃料填充度相差甚小，故过驱爆轰压力变化幅度较小。在分叉支管2进行燃料填充条件下，PCB6爆轰波压力峰值分别为1.93MPa，1.95 MPa和1.96 MPa，平均波速分别达到3 055.6 m/s，3 084.3 m/s和3 142.8 m/s，略高于稳定爆轰条件下爆轰波波速。结果表明，在三种进气条件下，PCB5和PCB6区间爆轰波由过驱爆轰向稳定爆轰转变，在PCB6处已经形成了稳定爆轰。
2.3扰流片对爆轰波在分叉支管内传播特性影响的实验研究
扰流片是促进燃烧转爆轰的重要装置，为了研究扰流片对爆轰波在分叉支管内传播特性的影响，在2.1节脉冲爆轰发动机成功起爆的基础上，保持发动机供气条件和时序控制不变，在分叉支管2内靠近分叉口一端安装长度为120 mm的扰流片进行实验研究，扰流片安置位置及扰流片结构如图6所示。
图7（a）是在支管内加装扰流片后PCB5和PCB6压力曲线图，图7（b）是未加装扰流片条件下PCB5和PCB6压力曲线图。在加装扰流片条件下，分叉支管内PCB5压力峰值为3.89 MPa，略低于未加装扰流片时PCB5压力峰值5.03 MPa。可见，在分叉支管2未填充燃料条件下，安装扰流片会降低分叉支管2内靠近分叉处的压力峰值。绕射进入支管的爆轰波具有很高的能量，在燃料充分的条件下可以迅速起爆，形成稳定爆轰，扰流片增加湍流化的作用对形成爆轰影响甚小。因此，爆轰波在分叉管路内绕射传播的核心问题是燃料的填充，由于扰流片的存在，流通通道受到阻塞，导致主管道燃料填充过程中，进入分叉支管2内的预混合燃料减少，过驱爆轰压力降低。在远离分叉口位置燃料填充量受扰流片影响很小，PCB6处压力峰值几乎没有变化。
3结论
（1）对以氢氧混合气为燃料的脉冲爆轰发动机平台进行实验研究，获得了爆轰波在分叉管路内传播过程的压力参数，明确反映了在分叉口下游位置过渡区内存在过驱爆轰现象，爆轰波压力峰值和波速较稳定爆轰条件下有明显的增强。爆轰波在经过分叉口后6倍管径位置处已经恢复为稳定爆轰。
（2）在分叉支管2内燃料填充充足条件下，爆轰波绕射进入分叉支管2，经过过驱爆轰后形成稳定传播的爆轰波。
（3）扰流片对加速支管内稳定爆轰的形成影响甚小，支管内燃料填充是维持爆轰波在支管内稳定传播的关键。