简介：为了满足高温燃气流动研究的需求,提出了一种新的实验装置——爆轰波风洞.该风洞基本原理是利用高压气体驱动爆轰波后高温气体,为其提供消除Taylor稀疏波的运动边界条件,使爆轰波后气流保持均匀恒定所需状态.在结构布置上,爆轰波风洞与激波风洞类似,因此很容易利用激波风洞实现爆轰波风洞的运行模式,但两者的流动过程和参数间关系有明显的区别.首先理论分析了爆轰风洞流动过程并得出参数间关系,而后据此开展了实验验证.理论和实验结果表明该装置可以产生多种类型、不同状态的高温燃气,并可实现对燃气状态的准确控制.该装置实验能力和应用范围还能进一步扩展.

简介：旋转爆震涡轮发动机正获得广泛的关注,但旋转爆震燃烧室出口存在着高频的压力波动,压力波动会降低涡轮的工作效率并减小涡轮的工作寿命.基于旋转爆震波的传播特点,开展了旋转爆震燃烧室与涡轮导向器组合结构的实验研究.燃料为H_2,由位于燃烧室前端的120个小孔喷入燃烧室;氧化剂为空气,由径向环缝喷入燃烧室.在燃烧室内起爆旋转爆震波后,爆震产物直接流入导向器内.研究结果表明,随当量比的增加,燃烧室内爆震波的传播速度呈先增大后减小的趋势.在导向器出口仍存在与燃烧室内旋转爆震波同主频的振荡压力,但相对于导向器前的振荡压力,出口压力振幅减小了约64%.旋转爆震波传播速度的相对偏差先减小后增大,并且爆震波传播越稳定,其速度损失越小.

简介：爆震燃烧近似为等容燃烧,理论上其热循环效率高于基于等压燃烧的爆燃燃烧,在超声速推进系统中具有潜在的应用价值.通过总结超声速气流中的爆震推进理论与研究进展,分析其需要解决的关键科学与技术问题,指导未来高超声速发动机的基础研究.文章重点总结了适用于高超声速飞行的斜爆震发动机、超声速脉冲爆震冲压发动机的基础研究进展.其中对斜爆震发动机的应用模式、相关实验研究思路及方法、数值仿真现状进行了总结分析.对超声速脉冲爆震冲压发动机的基础理论研究现状和目前研究的难点进行了梳理.基于爆震燃烧的超燃冲压发动机具有推进系统自增压、燃烧效率高、推力性能好、推进效率高、燃烧室长度短、结构重量轻等优势,文章总结了该发动机当前的发展进程和最新的研究进展,并对其未来的发展方向以及存在的技术问题进行了分析.

简介：基于氢气的旋转爆轰发动机研究较多,而碳氢燃料与空气混合较为困难,导致基于乙烯的旋转爆轰发动机燃烧技术难度很高.使用宽视野范围的可视化燃烧室观察旋转爆轰波的研究在国内尚未开展.在同一燃烧室内进一步开展了乙烯或氢气的吸气式旋转爆轰实验,来流总温为283~284K,燃烧室壁面有140°石英玻璃观察窗,便于观察旋转爆轰波运动过程.空筒燃烧室爆轰环腔外径为100mm,轴向长度为151mm.燃料通过150个直径0.8mm圆柱孔进入燃烧室,空气通过喉部1mm宽的收敛扩张环缝流入环腔.高速摄影和低高频压力传感器均验证了旋转爆轰波的存在和速度值.以氢气为燃料的旋转爆轰波速度最高可达理论值的101%,爆轰波增压效应可达40%左右,乙烯旋转爆轰波速度可达理论值的89%.旋转爆轰波结构容易发生变化,不规则.氢气旋转爆轰的维持对燃烧室的结构要求比碳氢燃料要低,比乙烯旋转爆轰波更加稳定.

简介：对高超声速压缩拐角流动中Grtler涡特性及热流分布进行了实验研究.开发了温敏漆(temperaturesensitivepaint,TSP)系统,简要介绍了TSP技术的原理、文章所用的TSP涂料的标定曲线、辅助设备参数、实验过程数据后处理过程,采用基于离散Fourier定律的热流算法.研究在Ma=6低噪声风洞中进行,采用TSP技术,得到压缩拐角斜坡板上的热流分布图像,并对高低热流条带现象做出解释,与Grtler涡有对应关系.通过改变拐角角度及来流参数,获得了不同拐角和单位Reynolds数条件下的热流分布图像,分析得到压缩拐角斜坡上Grtler涡特性及热流分布在变参数条件下的变化规律.研究发现:当增加拐角角度或增大单位Reynolds数时,Grtler涡的波长减小,且涡的起始位置更靠近拐角;随单位Reynolds数增加,斜坡上热流值整体增加,热流峰值位置前移;峰值位置后,热流缓慢减小的区域与Grtler涡位置相对应.

简介：在不同工况下,旋转爆震波能够以单波、双波、多波模式进行传播.但在同一工况下,是否存在不同模式的稳定传播爆震波还有待进一步研究.基于Euler方程,耦合氢气/空气的有限化学反应速率模型,并采用高分辨率的5阶有限差分格式WENO-PPM5离散对流项,对三维旋转爆震波进行了数值模拟.计算结果表明,在同一特定工况下,旋转爆震波能够以两种不同的传播模式稳定传播,即单波模式和双波模式.详细地对比了两种传播模式下的流场特征、爆震波传播特性、推力性能等.在同一工况下,两种传播模式的爆震波周向传播速度相差不多,但双波模式的频率约为单波模式的2倍;双波模式下质量流量、比冲、推力的平均值均略高于单波模式;且双波模式的可燃混气层高度约为单波模式的1/2,这有助于缩小旋转爆震发动机的长度,使之更加紧凑.

简介：基于vonKarman长度尺度和新型Reynolds应力本构关系对κ-ε瑞流模型重构,将k方程封闭,米用代数形式对瑞流耗散项进行模化.在KDO（kineticdependentonly）模型的基础上,引入可压缩vonKarman长度尺度,得到一种适用于复杂可压缩流动的新型瑞流模型CKDO（compressiblekineticdependentonly）,在CKDO模型中没有任何经验系数,仅有两个来自边界层精细化标定的可调参数.对RAE2822翼型、轴对称圆筒管道凸起流动、ONERA-M6机翼跨声速流动等算例进行数值计算,结果显示CKDO湍流模型对上述算例流场的压力系数模拟结果与实验值吻合较好,表明CKDO模型能够对跨声速流场进行较为准确的模拟.

简介：通过数值模拟研究了高超声速来流绕过压缩拐角的层流分离三维流动特性．数值方法采用三维N-S方程，结合2阶精度Roe格式以及分区结构网格有限体积法进行离散．数值模拟的空间激波结构与实验纹影结果符合较好；激波／边界层干扰区内3条纵向线上的计算压力分布与实验结果进行了对比分析，计算获得在三维楔侧面存在低压力区，与实验结果反映的规律一致，计算结果表明低压力区是由楔体侧缘尖端发起的二次涡的抽吸作用造成的．此外，在楔体后端尾流区的低压沿边界层内的亚声速区往上游传递了一定距离．

简介：采用低耗散WENO（weightedessentialnon-oscillatory）格式及锐界面方法模拟可压缩Kelvin-Helmholtz不稳定性问题.由于物质界面被描述成一种接触间断,该方法可精确求解切向速度间断.基于优化模板对原始光滑指标进行正规化后,得到一种低耗散WENO格式.修正后的方法显著降低了普通流动区域的过衰减问题,保持了良好的激波捕捉性能,并可获得与混合格式相当的求解精度.不同于以往求解单一流体或易混界面时,通过初始设定有限宽度的剪切层或快速数值耗散以抑制高波数模态,该方法允许高波数扰动的发展.计算结果表明,高波数扰动展现出与以往理想Kelvin-Helmholtz不稳定性问题数值模拟或线化理论结果不同的特征,但与有限厚度的剪切层结果相符.