自脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine,简称PDE)概念提出以来,缓燃向爆震转捩(Deflagration to Detonation Transition,简称DDT)研究一直是PDE研究的关键技术之一,如何在最短距离内实现爆震波的触发成为PDE研究的热点。为系统地了解DDT转捩规律,本文在60mm×60mm×2000mm的二元方爆震管内,对氢气、乙炔和丙烷三种气体燃料的压力波和火焰传播特性展开研究,主要工作如下:1)设计研制了适合单爆震性能的试验系统、测试系统等,并对试验系统进行了调试,研究表明该试验系统能够进行单爆震研究,在爆震管内测得了缓燃和爆震两种燃烧状态。调试过程中利用光电池测光器对爆震管内的火焰传播速度进行了测量,结果证明该测试方法更适合对火焰速度的测量,克服了传统的离子探针系统在火焰速度测量中的不足。2)压力波和火焰发展规律是DDT研究的核心内容,本文由此入手,从不同的角度和层面研究了DDT过程:首先对不同混气状态下采用不同燃料的压力波和火焰传播特性进行了系统地研究,并对三种燃料的DDT规律进行对比分析,结果发现燃料的初始状态和种类并不影响DDT的特性。其次研究了不同端面封闭程度下压力波和火焰传播规律特性,在封闭端开设5种大小不同的方孔,研究结果表明封闭程度也不影响DDT的本质特性,只会改变DDT位置。最后利用光电池测光器研究了火焰在爆震管内的传播规律,客观地反映出爆震波传出后爆震管内仍在继续燃烧,且燃烧持续的时间为毫秒数量级。3)从研究爆震波结构的角度出发,首先利用高频响压力传感器对充分发展的爆震波面上的压力值大小进行了测量,结果证明爆震波是个曲面波,且管壁处的压力高于管道中间的压力。研究结果对于理解爆震波的结构建立了新的思路。其次利用传统的烟迹法对爆震波形成整个过程进行取样,取样段尺寸为60mm×1380mm,成功获得DDT过程中激波的变化烟迹图,为研究DDT开辟了新途径。最后在爆震管的一侧开设60mm×1400mm的窗口,利用高速摄影仪对爆震管从点火位置开始一直到爆震波形成的整个过程进行拍摄,同时将压力传感器和离子探针按50mm的间距同截面布置在DDT转捩的部位,得到了压力波大小和火焰的传播速度,试验成功得到了缓燃向爆震转捩的高速摄影图。同时将该试验条件下的爆震管简化成简单的物理模型后进行数值模拟,对火焰在爆震管内的传播过程进行研究,试验和数值研究都表明爆震波是由热点在合适的条件下转变而来。4)在宏观了解了缓燃向爆震转捩的有关规律后,对DDT过程中的关键内容即压力波与火焰的相互作用方面进行了初步研究。首先用离子探针测量火焰位置,研究了光滑和加入扰流器两种爆震管内压力波与火焰的变化过程,结果发现光滑管道内压力波总是处于火焰面的前面;而加入扰流器后,在扰流器内部火焰处于压力波前沿,出扰流器后激波在火焰前沿。其次用高速摄影图片确定火焰的传播位置,结合压力传感器的信号来分析DDT过程中压力波和火焰相对位置的变化。两种研究方法都获得相同的结论:在过爆形成后火焰会暂时位于激波的前面。试验结果加深了对爆震波形成过程的理解。