旋转爆轰推进系统中爆轰波的传播机制研究

As a new kind of detonation propulsion system, Rotating Detonation Propulsion System (RDPS) has a number of advantages of Pulsed Detonation Propulsion System and Oblique Detonation Wave Propulsion System, which leads to a wide application prospect. In view of the huge application value and great significance to the development of detonation theory, the propagation mechanisms of rotating detonation should be understood thoroughly. The project considers propagation mechanisms of rotating detonation in a similar circular ring chamber and effect mechanisms of interface instability on detonation propagation as the generic scientific problems to gain the propagation mechanisms of rotating detonation. The study contains three parts: (1) multidimensional cellular structures and quasi-steady flow field characteristics of rotating detonation, (2) roles of curvature variation of RDPS combustion chamber on detonation propagation, and (3) influence mechanisms of interface instability on detonation propagation by means of numerical simulation, experimentations and theoretical analysis. The research results can be the theoretical reference basis for the stable control of rotating detonation and optimal design of RDPS.

旋转爆轰推进系统（Rotating Detonation Propulsion System，简称RDPS）同时具备了脉冲爆轰和驻定爆轰动力系统的一些优点，具有广阔的应用前景。考虑到旋转爆轰的巨大应用价值和对爆轰学发展的重大意义，必需了解其传播机理。项目将类圆环燃烧室内爆轰波的传播机制和流体界面不稳定性对旋转爆轰传播的影响机制作为两个基本科学问题，结合数值模拟、实验研究和理论分析手段，开展旋转爆轰传播机制的研究工作。研究内容分三部分：(1)旋转爆轰的多维胞格结构和准稳态流场特征；(2)燃烧室曲率变化对爆轰波传播的作用机制；(3)界面不稳定对旋转爆轰传播的影响机理。研究结果可为旋转爆轰的稳定控制和RDPS的优化设计提供重要的参考依据。

旋转爆轰推进系统具有热效率高，结构简单，推重比大，工作范围宽等优点，在航空航天推进系统方面具有广阔的应用前景。项目围绕旋转爆轰燃烧室曲率变化对旋转爆轰传播的影响机制开展研究工作。主要研究内容有：（1）旋转爆轰的准稳态流场特征；（2）旋转爆轰的多维胞格结构；（3）燃烧室曲率变化对爆轰波传播的作用机制。项目研究结果表明：（1）典型的旋转爆轰流场可分成新鲜气体区、爆轰-激波复合波前的已燃烧气体区、激波后被压缩的已燃气体区、爆轰波后的高温高压的爆轰产物区四个区域；（2）爆轰燃烧室的曲率变化对旋转爆轰的稳定传播起关键作用，沿径向，随曲率的减小，爆轰强度逐渐增强；（3）旋转爆轰在传播过程中，内外壁面附近爆轰阵面交替领先，爆轰波传播速度呈现出周期性振荡的特点，使得旋转爆轰具有动态稳定的特性；（4）旋转爆轰具有非受限爆轰的特征，引起了旋转爆轰参数的亏损。通过对旋转爆轰传播机制的深入研究，不仅丰富了爆轰学的内涵，还有利于实现对旋转爆轰传播的精确控制，并为旋转爆轰推进装置的实用化设计提供了理论依据，具有重大的科学意义和应用价值。