连续爆轰发动机点火、熄火、再点火及稳定工作的实验及数值模拟研究

Aimed at long-run, stable, and controllable operation of rotating detonation engine (RDE) for real applications, this project includes experimental and numerical research on ignition, quenching, reinitiation and the stabilization process of RDE; theoretical research will also be carried out. We will design a combustor using an array of injection holes for reactive mixture injection, investigate the method of controlling the detonation wave propagating direction and the transition of the modes, and quantify the propulsive performance in stable state, especially by considering the pressure gain ratio. We will study the influence of ignition conditions to the steady state of RDE, simulate the reinitiation process, investigate the mechanism of detonation wave collision, formation, transition, and stabilization of multiple rotating detonation waves, explore the influence of boundary layer to the flow field and propulsive performance of RDE, and explain the self-adjustment ability of RDE when the incoming flow becomes unstable. Theoretically we will analyze the interaction of detonations and shock waves in RDE and study its pressure gain mechanism. Solving of these basic problems can contribute to controlling the RDE effectively and steady, and hence, provide guidance on engineering applications.

本项目聚焦连续爆轰发动机面向应用必须实现的长时间稳定可控运行问题，全面细致地开展连续爆轰发动机点火、熄火、再点火及稳定工作的实验及数值模拟研究，并辅以必要的理论分析研究。实验上，设计阵列式小孔进气燃烧室，探究爆轰波传播方向的控制方法以及模态转换机制，并量化其稳定工作的推进性能。数值上，探明初始起爆条件对于连续爆轰发动机稳定阶段的影响规律，再现连续爆轰发动机的再起爆过程；探明连续旋转爆轰波对撞、多波面形成、转换以及稳定机理，揭示边界层对连续爆轰流场以及发动机推进性能的影响规律，探明连续旋转爆轰波对不稳定来流的自调节能力。通过理论分析揭示连续爆轰流场波系结构中爆轰波-激波相互作用机理，揭示连续爆轰发动机的自增压机理。这些基础问题的解决将有助于连续爆轰波和连续爆轰发动机的点火、熄火及有效和稳定工作的临界条件，并进而指导工程应用。

爆轰发动机，特别是旋转爆轰发动机（RDE）是基于近似等容燃烧过程的，与标准等压燃烧过程的燃气轮机相比，具有更高的热力学效率和比冲。利用自压缩旋转爆轰波（RDW），RDE可以作为一个简单而紧凑的装置运行。它有望突破传统爆燃推进装置遇到的瓶颈。RDEs作为下一代动力推进系统越来越受到人们的重视，由于其连续的工作方式，已成为增压燃烧可行的候选方案。虽然连续爆轰发动机的研究进展显著，并已取得诸多成果，但是还有很多机理问题没有研究清楚。本项目基于连续爆轰发动机面向应用必须实现的长时间稳定可控运行问题，全面细致地开展连续爆轰发动机点火、熄火、再点火及稳定工作的实验及数值模拟研究，并辅以必要的理论分析研究。本项目按照项目计划书年度要求，项目开展顺利进行，完成了所有任务书要求的内容，并取得了重大成果。数值模拟方面主要开展了连续旋转爆轰波湮灭与再起爆研究、反传波现象及形成过程研究、双波对撞现象及解耦条件研究、双波对撞机理研究、波数变化机制研究和连续爆轰冲压发动机流场结构研究。实验测试方面主要开展了连续旋转爆轰波起爆与稳定过程研究、模态转换现象及机理研究、再起爆现象及机理研究、双波对撞机理研究、波数变化机制研究、性能增益研究和长时间稳定工作研究。这些新的现象和机理研究将极大的丰富人们对连续爆轰的认知，为工程化应用奠定了基础。