旋转爆震波逆向压力传导特性研究

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1、中图分类号：V231.3论文编号：102870218-S087学科分类号：082502硕士学位论文旋转爆震波逆向压力传导特性研究研究生姓名潘鑫峰学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向燃烧指导教师雷雨冰副教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringStudyontheReversePressureConductionCharacteristicsoftheRotating

2、detonationWaveAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyPanXinfengAdvisedbyAssociateProfessorLeiYubingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得

3、南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要爆震燃烧具有燃烧速度快、热效率高等优点，且具有增压效果，可以减少传统涡轮发动机中压气机的级数，使发动机长度更短、结构更简单。又由于其可以在贫油状态下稳定工作，可以减少污染物的排放。但是，旋转爆震燃烧室应用于涡轮发动机上还存在一些技术上的难题。旋转爆震燃烧室中的爆震波会在上游产生斜激波，如果上游与压气机

4、直接相连必然会影响压气机的稳定工作。因此，对旋转爆震波的逆向压力传导特性的研究对旋转爆震燃烧室的应用具有重要意义。首先，对旋转爆震燃烧室进行简化，采用开缝式弯管对爆震波的逆向压力传导特性进行了研究。发现爆震波上游的压力波动不是单纯的由于爆震波侧向膨胀引起的斜激波所导致，爆震波及其反射激波后高压区膨胀都会引起环缝内的压力震荡。激波在环缝内的反射、相交会导致压力峰值在第一道斜激波后压力的基础上进一步提高。且内侧开缝时环缝内高压区域范围更大。对不同半径及宽度的开缝弯管研究发现，增加旋转爆震燃烧室半径及减小通道宽度都会减小爆震波和反射激波与内外壁的夹角，从而减小反射激波强度，使上

5、游环缝内的最高压力峰值减小。其次，对开缝平板的消波机理和在RDC中的应用效果进行了研究。发现开缝角度越大，缝内激波受到的膨胀作用效果越明显，构成透射激波的扇形激波面受到缝出口的膨胀作用也更大，透射激波强度越小。在规则反射的情况下，150°开缝的平板也可以使透射激波强度减小35%。入射激波强度增加后，板后的高马赫数膨胀区范围增加，透射激波强度减小，消波效果更强。对开缝平板几何构型对消波效果的影响进行了研究，增加平板厚度和减小开孔率都有助于减小透射激波强度，但是与改变开缝角度导致的透射激波强度变化幅度相比，在本文计算工况下透射激波强度变化较小。将消波效果较好的150°开缝平板

6、置于旋转爆震燃烧室上游的集气腔内，对爆震波逆向压力传导特性进行了研究，发现开缝平板与激波作用的流场与简化的模型作用结果相近，斜激波经过消波平板以后压力波动幅度减小了76.2%。最后，对旋转爆震燃烧室各个参数的设计准则进行了总结。引入流量系数的概念，并对氧化剂和燃料的流量系数大小进行了计算，最后根据氧化剂、燃料集气腔的经验压比和流量系数得到两者喷注面积比的计算公式。为测量得到旋转爆震波上游斜激波的强度，根据斜激波理论设计了斜激波强度测量方案。对旋转爆震实验系统进行了详细的设计，包括供气系统、流量控制系统、点火系统、数据测量和采集系统，并已完成试验件的加工和试验台的搭建。关键

7、词：旋转爆震，逆向压力传导，激波，消波，开缝平板，实验系统I旋转爆震波逆向压力传导特性研究ABSTRACTDetonationhastheadvantagesoffastburningandhighthermalefficiency,anditcanincreasethetotalpressure.Itcanreducethenumberofcompressorstagesintraditionalturbineengine,makeenginelengthshorterandstructuresimpler.Andbecau