气液两相旋转爆轰中气流电离机理研究

Detonation propulsion of magnetic fluid is a new subject in the field of detonation, and how to improve the conductivity of the air flow in the process of detonation is a major challenge. This project focuses on the study of the detonation ionization mechanism of the rotating detonation engine. By means of the gas-liquid two phase rotating detonation ionization modeling, discussing the law of the conductivity distribution and the detonation parameters, this study reveals the formation mechanism of plasma on the detonation wave front; By establishing the gas-liquid two-phase rotating detonation ionization model with ionized seeds, studying on the interaction between plasma and detonation process, analyzing the influence of the content of ionized seeds on the conductivity and detonation characteristics, this study clarifies the interaction law of ionized seeds and plasma and detonation process. This study builds a rotation detonation engine experimental platform, researches the process of the formation and propagation of detonation wave by means of high speed photography and pressure sensor, detects the concentration of ions produced during detonation by the ion probe technique, researches the change of detonation parameters and plasma under different content of ionized seeds, to realize the verification of the research results. The research results will enrich the connotation of detonation ionization mechanism, at the same time, it will promote the development of detonation magnetic fluid propulsion technology.

磁流体爆轰推进是爆轰领域的新课题，而如何提高爆轰过程中气流电导率是其中的重要难题。本项目专注于研究旋转爆轰发动机爆轰电离机理。通过构建气液两相旋转爆轰电离模型，探讨爆轰参数与电导率的分布规律，揭示爆轰波阵面上等离子体形成机理；建立含电离种子的气液两相旋转爆轰电离模型，研究等离子体与爆轰过程的相互作用，分析电离种子含量对电导率以及爆轰特性的影响，阐明电离种子、等离子体以及爆轰过程三者相互作用规律；搭建旋转爆轰发动机实验平台，采用高速摄影和压力传感器等手段研究爆轰波形成及传播过程，通过离子探针技术对爆轰过程中产生的离子浓度进行探测，研究不同电离种子含量下爆轰参数、等离子体变化情况，实现对研究结果的验证。研究结果将不仅丰富爆轰电离机理的内涵，同时还将促进爆轰磁流体推进技术的发展。

磁流体爆轰推进是一种通过磁流体加速器将爆轰燃烧室排出的高温高压燃气中的热能转换为动能以提高发动机推进性能的新技术。而磁流体控制的核心问题是气流电离技术，如何提高爆轰过程中气流电导率是研究的重点与难点。本项目针对旋转爆轰发动机爆轰等离子体形成机理开展研究。建立了旋转爆轰发动机爆轰电离模型，基于守恒元与求解元计算方法，推导了适用的求解格式并编写了相应的计算程序。研究了流场与波系结构，阐明了爆轰波诱导机制，探索了爆轰波强度与电导率分布规律，揭示了爆轰波阵面上等离子体形成机理。搭建了气液两相连续旋转爆轰发动机实验装置，采用切向安装的三级收缩预爆轰管进行点火，实现了汽油与富氧空气连续旋转爆轰波的起爆和自持传播，研究了爆轰波的传播特性。建立了含电离种子的气液两相旋转爆轰电离模型，分析了添加电离种子的旋转爆轰发动机复杂波系及流场结构，研究了等离子体与爆轰过程的相互作用，通过对电离种子和氧含量的研究，分析了电离种子含量和氧含量对电导率以及爆轰特性的影响。研究结果表明：氧含量过低燃烧室内将无法形成爆轰波，氧含量过高将形成双波对撞模态。燃烧室尺寸对发动机的爆轰特性影响较大。在爆轰过程中，由于存在较高的温度和压力，波阵面上会发生电离，出现爆轰等离子体产生的现象，等离子体会随着气体向未燃区运动，波阵面处的电导率低于左端气体的电导率。燃烧室内添加电离种子对爆轰过程影响较小，对爆轰等离子体的产生影响较大。本项目研究爆轰等离子体形成过程，阐明旋转爆轰波、电离种子和等离子体三者相互作用机理，研究结果对爆轰推进性能提高有着重要的理论意义和实践价值，在未来兵器与航空航天等领域具有广阔的应用前景。