爆震波在多分叉管内连续传播机理

Detonation branching is an ignition method that transmits the energy of an existing detonation through a branching tube to a second thrust tube, providing a high-energy ignition pulse. In multi-tube PDE used detonation branching as the ignition source, detonation wave would continuously propagate from one tube to the next until arriving back at the first tube and repeating the process, and is thus termed a continuous branching PDE. But until now，the mechanism of detonation wave transmition in multi-tube are ambiguity, and the effect of complex wall on detonation paramaters is indistinct. A new simplified model was bulid in this work and composed of two branching tube and two detonation tube. The process of detonation waves transmit in multi-tube could be modeled if the inlet boundary is set to be periodic. Based on this model, the detonation transmition character with different branching tube could be described in numerical simulations and experiments. Also, the mechanism of detonation propagation and stengthen in complex tube could be described. Fianally, four PDE tubes were built in tail-to-tail or head-to-head. And a liuqid fuel was used in this experment to actualize an auto-ignition process. We try to make this system work under multi-cycle condition and realize a continuous branching PDE.

分叉管起爆技术可以克服脉冲爆震发动机（PDE）严重依赖大功率脉冲点火单元的缺点，并提供很高的点火能量。连续的分叉管脉冲爆震发动机（Continuous Branching PDE）将是一个新的发展方向。然而爆震波在多管内连续自持传播的机理尚不明确，复杂壁面对爆震波特性的影响也不清楚。本项目提出了一个简化模型，该模型由两根分叉管和两根主爆震管组成，如果将模型的进口边界设定为循环边界，那该模型可以完整的描述出爆震波在多分叉管内的传播过程。以此简化模型为基础，通过数值模拟和实验相结合的方法，可以获得不同分叉管构型下爆震波的传播特性，了解爆震波在复杂管内维持可自持传播或者增强的机理。最后本项目拟建立一个通过多分叉管相连的四管并联系统，采用液态燃料，并实现其自点火的过程，为脉冲爆震发动机的连续工作状态提供良好的理论和技术基础。

为克服脉冲爆震发动机严重依赖大功率脉冲点火单元的缺点，结合预爆管能快速起爆的优点，本项目采用数值模拟和实验相结合的方法，研究了通过分叉管将爆震波直接引入其他待点火的爆震燃烧室的点火起爆方法, 掌握了爆震波在复杂管道内传播的基本特性，为实现脉冲爆震发动机的连续工作提供了设计思路和实践经验。本项目的主要研究成果如下：.(1)在常规尺寸爆震管，数值模拟获得爆震波在直分叉管的出口速度较其它构型分叉管低，说明采用非直分叉管构型更有利于爆震波的传播。由于收敛作用，收敛型的分叉管平均速度大于其它构型；.(2)数值模拟爆震波在微型尺寸爆震管内传播时，必须考虑临界尺寸对爆震波传播的影响。收敛型分叉管的增压效果使得管内爆震波更为稳定；扩张型分叉管的降压效果使得管内爆震波变得不稳定；弧形管型分叉管具有激波聚焦特性，不仅增加了爆震波速，也增加了爆震压力，但在亚临界管径条件下爆震波传播效果不好；半弧形管型的上半部分类似收敛管型，具有阻碍加速和增压的效果；下半部分类似扩张管型，具有加速和减压的效果，这种结合能够增加爆震波传播的稳定性，尤其对易解耦的亚临界管径传播条件有利；.(3)在不同分叉管型的微型爆震管内，虽然爆震波的传播过程差距较大，但不同分叉管型的比冲几乎相同，且约等于直管型的比冲；.(4)汽油-空气两相爆震系统的实验表明，液态燃料的填充，特别是在分叉管内液态燃料的填充和分布是分叉管起爆两相爆震波的重要影响因素。分叉管的边界条件对次爆震管的点火有重要的影响。虽然在分叉管入口前形成了充分发展的爆震波或者过驱动爆震波，但在进入分叉管时很快就解耦。因此分叉管点火的研究思路是在分叉管内利用激波反射或聚焦等方式，促进激波和火焰的重新耦合；.(5)乙烯-氧气-氮气微爆震实验结果表明，分叉爆震这种爆震形式是可行且稳定的，无论对于何种临界管径状况，都能完成从分叉管引入爆震波起爆次爆震管中可燃混气的目标。