激波汇聚的激波动力学实验方法及其应用研究

As a hydrodynamics phenomenon, shock convergence is closely related to human activities. In terms of shock convergence, the key of its research and application is how to obtain an ideal converging shock in experiment. Previous studies have shown that a planar shock can be transformed continuously and smoothly into a cylindrical converging shock in a rectangular-section shock tube by the use of shock dynamics to design wall profile. Utilizing this method, this project will study the ignition and detonation initiation process in the ignition time gradient environment induced by the cylindrical converging shock. On the other hand, in this project, the method that a planar shock transforms continuously and smoothly into a spherical converging shock in a axisymmetric circular-section shock tube will be presented by shock dynamics and be verified by experiment and numerical simulation. Then this method will be used to set up a spherical-shock-convergence experimental platform and correlationnal studies will be carried out on the basis of the comprehensive assessment of the foundations and conditions of applicant and support organization.

激波汇聚作为一种流体动力学现象，与人类活动密切相关。就激波汇聚而言，其研究及应用的关键在于如何在实验中获得理想的汇聚激波。已有研究表明，在矩形截面激波管内，可以依据激波动力学理论设计管壁型面，使平面激波连续光滑的转变为圆柱面汇聚激波。本项目将采用此方法，详细研究可燃气体中圆柱面汇聚激波诱导点火时间空间梯度环境下的点火及爆轰形成过程。另一方面，在理解并掌握激波动力学理论的基础上，提出轴对称圆形截面激波管内平面激波连续光滑转变为球形汇聚激波的方法，并对该方法进行实验及数值模拟验证。然后综合评估申请人以及依托单位所具备的基础条件，采用该方法搭建球形激波汇聚实验平台开展相关研究。

激波汇聚作为一种流体动力学现象，与人类活动密切相关。就激波汇聚而言，其研究及应用的关键在于如何在实验中获得理想的汇聚激波。项目负责人所在课题组前期在矩形变截面激波管内，依据激波动力学理论设计管壁型面，使平面激波连续光滑的转变为圆柱面汇聚激波。本项目采用此方法实验生成圆柱面汇聚激波诱导反应活性梯度环境预混可燃气体自点火，并考虑流场特征线为声波传播轨迹，采用特征线法分析燃烧波与声波相对速度，对弱爆轰-CJ爆轰的相互转变过程进行了详细的研究。进一步，本项目深入研究了激波在圆形变截面激波管中的运动，从激波运动规律的物理源头入手，对普适性激波动力学方程进行推演，构建了适用于圆形变截面激波管的轴对称坐标系激波动力学非线性特征线理论，基于该理论提出圆形变截面激波管平面激波-球面激波相互转变的型面反设计方法。后期基于圆形变截面激波管可以设计新型激波风洞、弹道靶/轻气炮、激波冲击压缩/加载设备，使其较原有传统设备实验性能大幅提升，运行成本及风险大幅降低，用于开展更加深入的工程/科学研究。