两步起爆过程中爆震波衍射特性研究
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爆震 波 的传 播 ， 且预爆 管 与扩 张过 渡段 之 间的渐扩 通道 能对 回传 的爆 震 形成 一定 的阻滞作 用。 关键词 ： 冲爆 震发 动机 ； 脉 两步爆 震起爆 ； 预爆 管 ； 射特 性 衍
ＤＯ ：０ ３ ６ ／．ｓ ．０ ９— ５ ６ ２ １． ５ ０ ２ Ｉ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １０ ３ １ ． ０ ０ ０ ．０ ｓ ．
Ｅ —ｍａｌ ｚ ｎ ｈ ｏ ９ ＠ ｇ ｉ ｅ ｍ ｉ： ｅ ｇ ａ ６ ３ ｍａｌ ｏ ．
何立明 （９ ９一） 男 ， １５ ， 浙江上虞人 ， 教授 ， 博士生导师 ， 主要从事 飞机推进 系统 气动热力理论与工程等研究
第 ５期
曾 昊等 ： 两步起爆过程 中爆震 波衍 射特性研究
７
中图分 类号 ：Ｖ ３ ２
文献标识 码 ： Ａ
文 章编 号 ：０ ９—３ １ （ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １０ ５ ６ ２ １ ） ５— ０ ６— ５
爆震 波从 预爆管 到 自由空 间的传 递过程 称 为爆 震 波 的衍 射 （ ｉｒｃｉ ｆＤ ｔ ａｉ ） Ｄｆａｔｎｏ ｅｏ ｔｎ ¨ 。其 传递 存在 ２ ｆ ｏ ｎ ｏ
两 步起 爆 过 程 中爆 震 波衍 射 特 性 研 究
曾 昊 何立 明 ， 章雄伟 苏建 勇 ， 赵华 ， ，
（．空军工程大学 １ 工程学院 ，陕 西 西安 ７０ ３ ；． １０ ８２ 空军 飞行试验训练基地 ，河北 沧州 ０ １Ｏ ） ６ Ｏ Ｏ
摘
要 ： 了研 究两步爆 震起爆 过 程 ， 过 数值 模 拟研 究 了填 充 条 件 和预 爆 管 出 口伸进 扩 张过 为 通
脉 冲爆震 燃烧 室方 案 Ｊ 。
现 有 的实 验装 置主要 研究 预爆 管的 临界直径 、 主爆 震 管 的直径 、 张过 渡 段扩 张角 、 扩 预爆 管 出 口扩 张 角
以及可燃 混合物 成分 等 因素对爆 震波 传播 特性 的影 响规律 一］ 。事实 上预爆 管 出 口伸进 扩张 过渡 段长 度对 爆震 波 由预爆管 向主爆震 管传播 也有 着非 常重要 的影 响 ， 预爆管 引爆 主爆震 管 的难 易程 度有 所不 同 ， 使 为探 寻其 中的规律 ， 有必要 对 预爆管 出 口在 扩张 过渡段 不 同位置 的情况 进行 研 究 ， 对 这 一 问题 ， 文设 计 了一 针 本 种脉 冲爆震 发动 机两 步起爆装 置 。
渡段 的长度 三对爆 震 波衍 射特 性 的影 响规律 。结果 表 明： 小 扩 张过 渡段 对爆 震起 爆 的加 强 三越
作 用越 明显 ， 预爆 管 与扩张过 渡 段 间的渐扩通 道对 爆 震 波 回传 的阻滞 作 用越 弱 ； 越 大 ， 但 则结 果 相反 。 因此 ， 应选 择合适 的 使 扩 张过 渡 段 与 渐扩 通道 对 爆震 波 传播 的增 强作 用 达到 最 大。 同时 ， Ｌ＝ ５ｍ 时， 震 波能够 较早地 与扩 张过渡 段壁 面作用 形成 高 温、 在 ３ ｍ 爆 高压 区， 而加 强 了 从
１ 物 理 模 型 和计 算 方 法
１ １ 物 理模型 ．
本文设计的两步爆震起爆装置主要包括： 预爆管油气混合器（ 预混合器 ） 预爆管、 、 主爆震管油气混合器
（ 主混合器 ）扩 张过 渡段 、 、 主爆震 管等 ５部分 。 计算 模型 见 图 １预 爆管 点火 区宽 ５ｍ 位 于爆震 管 的最左 侧 ， ， ｍ， 点火 起爆 条件 为 Ｐ＝ ａ Ｔ＝ ０ ２ＭＰ ， ２００Ｋ。
预爆 管 的直径 为 ３ ｍ； ０ｍ 主爆 震管 直径 为 ９ ｍ； 用 四边 形结 构 网格 ， 向间距 ０ ５ ｍ 径 向间距 １ｍ ０ｍ 采 轴 ． ｍ， ｍ，
收稿 日期 ：０ ０— ４～ １ ２ １ ０ ０ 基金项 目： 空军 工程大学学术基金资助项 目（ Ｓ９ １０ ） Ｘ ０ ０ ０９ 作者简介 ： 吴 （９ ３一） 男 ， 曾 １８ ， 新疆乌鲁木齐人 ， 博士生 ， 主要从 事脉 冲爆震发动机关键技术研究 ；
wenku.baidu.com
并在 点 火 区进行 网格 加 密 。判 断爆 震成 功转 捩 的标 准是 爆震 波 传至 主爆 震 管时 的爆 震波 峰值 压力 和爆 震 波 传播 速 度 。化 学恰 当 比 的氢气 、 气混 合气 中 的爆震 波 速度 是 １９ １ｍ ｓ爆 震 波 峰值 压 力 是 １５ ａ 空 ７ ／ ， ．７ＭＰ 。 整个 计算 域 采用 四边 形 结构 网格 ， 网格单 元 数量 为 ９ 万 。 １ 本 文选 用通 用有 限速率 模 型 。该模 型是 基 于组 分质 量分 数 输运 方程 的解 ， 用所 定义 的化学 反应 机制 ， 采
率可 以达到 ８ ｚ ０ 年法 国的一项 无 阀吸气 式脉 冲爆震 发 动 机研 究 也使 用起 爆 管 爆震 点 火 技术 ， 现 ＯＨ 。２ ０ ４ 实 了多循 环稳定 工作 ］ ０ ７年 ， 。２ ０ 德克 萨斯 大学 （ 阿灵顿 ） 台湾成 功大学 合作 给 出了利用 起爆 管起爆 的两 相 和
第１ １卷第 ５期
２１ ０ ０年 １ ０月
空
军
工
程
大
学
学
报（ 自然 科 学 版 ）
Ｖ０ ． １ Ｎ ． １１ ｏ ５ ０ｃ Ｏ Ｏ Ｌ２ １
ＪＵ Ｎ ＬＯ Ｉ Ｏ Ｃ Ｎ ＩＥ ＲＮ ＮＶ Ｒ ＩＹ Ｎ Ｔ Ｒ ＬＳ ＩＮ ＥＥ Ｉ Ｏ ） Ｏ Ｒ Ａ ＦＡＲＦ Ｒ ＥＥ ＧＮ Ｅ ＩＧＵ ＩＥ Ｓ （ Ａ Ｕ Ａ Ｅ Ｃ Ｄ ＩＮ Ｔ Ｃ Ｔ
种模 式 ： 亚临界 传递 与超 临界传 递 ， 只有超 临界传 递时 才能 成功 传 递爆 震 波 ， 临 界传 递 时爆 震 波将 衰 变 为 亚
燃烧 波 ， Ｐ Ｅ Ｐ ｌ ｅ ｎｔｎＥ ｇｎ ） 在 Ｄ （ ｕｓ Ｄ ｔ ａｏ ｎｉｅ 中预爆管 与 主爆 震管 的尺 寸相差 较大 ， 间的爆震 波传 递与爆 震波 ｅ ｏ ｉ 管 的衍射 相 似 。普 惠公 司和 波音公 司在美 国海 军研究 办公 室 的资 助下 Ｊ２０ ，０４年 推 出 了 ＩＲ一２ 单 管工作 频 Ｔ ，
ＤＯ ：０ ３ ６ ／．ｓ ．０ ９— ５ ６ ２ １． ５ ０ ２ Ｉ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １０ ３ １ ． ０ ０ ０ ．０ ｓ ．
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何立明 （９ ９一） 男 ， １５ ， 浙江上虞人 ， 教授 ， 博士生导师 ， 主要从事 飞机推进 系统 气动热力理论与工程等研究
第 ５期
曾 昊等 ： 两步起爆过程 中爆震 波衍 射特性研究
７
中图分 类号 ：Ｖ ３ ２
文献标识 码 ： Ａ
文 章编 号 ：０ ９—３ １ （ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １０ ５ ６ ２ １ ） ５— ０ ６— ５
爆震 波从 预爆管 到 自由空 间的传 递过程 称 为爆 震 波 的衍 射 （ ｉｒｃｉ ｆＤ ｔ ａｉ ） Ｄｆａｔｎｏ ｅｏ ｔｎ ¨ 。其 传递 存在 ２ ｆ ｏ ｎ ｏ
两 步起 爆 过 程 中爆 震 波衍 射 特 性 研 究
曾 昊 何立 明 ， 章雄伟 苏建 勇 ， 赵华 ， ，
（．空军工程大学 １ 工程学院 ，陕 西 西安 ７０ ３ ；． １０ ８２ 空军 飞行试验训练基地 ，河北 沧州 ０ １Ｏ ） ６ Ｏ Ｏ
摘
要 ： 了研 究两步爆 震起爆 过 程 ， 过 数值 模 拟研 究 了填 充 条 件 和预 爆 管 出 口伸进 扩 张过 为 通
脉 冲爆震 燃烧 室方 案 Ｊ 。
现 有 的实 验装 置主要 研究 预爆 管的 临界直径 、 主爆 震 管 的直径 、 张过 渡 段扩 张角 、 扩 预爆 管 出 口扩 张 角
以及可燃 混合物 成分 等 因素对爆 震波 传播 特性 的影 响规律 一］ 。事实 上预爆 管 出 口伸进 扩张 过渡 段长 度对 爆震 波 由预爆管 向主爆震 管传播 也有 着非 常重要 的影 响 ， 预爆管 引爆 主爆震 管 的难 易程 度有 所不 同 ， 使 为探 寻其 中的规律 ， 有必要 对 预爆管 出 口在 扩张 过渡段 不 同位置 的情况 进行 研 究 ， 对 这 一 问题 ， 文设 计 了一 针 本 种脉 冲爆震 发动 机两 步起爆装 置 。
渡段 的长度 三对爆 震 波衍 射特 性 的影 响规律 。结果 表 明： 小 扩 张过 渡段 对爆 震起 爆 的加 强 三越
作 用越 明显 ， 预爆 管 与扩张过 渡 段 间的渐扩通 道对 爆 震 波 回传 的阻滞 作 用越 弱 ； 越 大 ， 但 则结 果 相反 。 因此 ， 应选 择合适 的 使 扩 张过 渡 段 与 渐扩 通道 对 爆震 波 传播 的增 强作 用 达到 最 大。 同时 ， Ｌ＝ ５ｍ 时， 震 波能够 较早地 与扩 张过渡 段壁 面作用 形成 高 温、 在 ３ ｍ 爆 高压 区， 而加 强 了 从
１ 物 理 模 型 和计 算 方 法
１ １ 物 理模型 ．
本文设计的两步爆震起爆装置主要包括： 预爆管油气混合器（ 预混合器 ） 预爆管、 、 主爆震管油气混合器
（ 主混合器 ）扩 张过 渡段 、 、 主爆震 管等 ５部分 。 计算 模型 见 图 １预 爆管 点火 区宽 ５ｍ 位 于爆震 管 的最左 侧 ， ， ｍ， 点火 起爆 条件 为 Ｐ＝ ａ Ｔ＝ ０ ２ＭＰ ， ２００Ｋ。
预爆 管 的直径 为 ３ ｍ； ０ｍ 主爆 震管 直径 为 ９ ｍ； 用 四边 形结 构 网格 ， 向间距 ０ ５ ｍ 径 向间距 １ｍ ０ｍ 采 轴 ． ｍ， ｍ，
收稿 日期 ：０ ０— ４～ １ ２ １ ０ ０ 基金项 目： 空军 工程大学学术基金资助项 目（ Ｓ９ １０ ） Ｘ ０ ０ ０９ 作者简介 ： 吴 （９ ３一） 男 ， 曾 １８ ， 新疆乌鲁木齐人 ， 博士生 ， 主要从 事脉 冲爆震发动机关键技术研究 ；
wenku.baidu.com
并在 点 火 区进行 网格 加 密 。判 断爆 震成 功转 捩 的标 准是 爆震 波 传至 主爆 震 管时 的爆 震波 峰值 压力 和爆 震 波 传播 速 度 。化 学恰 当 比 的氢气 、 气混 合气 中 的爆震 波 速度 是 １９ １ｍ ｓ爆 震 波 峰值 压 力 是 １５ ａ 空 ７ ／ ， ．７ＭＰ 。 整个 计算 域 采用 四边 形 结构 网格 ， 网格单 元 数量 为 ９ 万 。 １ 本 文选 用通 用有 限速率 模 型 。该模 型是 基 于组 分质 量分 数 输运 方程 的解 ， 用所 定义 的化学 反应 机制 ， 采
率可 以达到 ８ ｚ ０ 年法 国的一项 无 阀吸气 式脉 冲爆震 发 动 机研 究 也使 用起 爆 管 爆震 点 火 技术 ， 现 ＯＨ 。２ ０ ４ 实 了多循 环稳定 工作 ］ ０ ７年 ， 。２ ０ 德克 萨斯 大学 （ 阿灵顿 ） 台湾成 功大学 合作 给 出了利用 起爆 管起爆 的两 相 和
第１ １卷第 ５期
２１ ０ ０年 １ ０月
空
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报（ 自然 科 学 版 ）
Ｖ０ ． １ Ｎ ． １１ ｏ ５ ０ｃ Ｏ Ｏ Ｌ２ １
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种模 式 ： 亚临界 传递 与超 临界传 递 ， 只有超 临界传 递时 才能 成功 传 递爆 震 波 ， 临 界传 递 时爆 震 波将 衰 变 为 亚
燃烧 波 ， Ｐ Ｅ Ｐ ｌ ｅ ｎｔｎＥ ｇｎ ） 在 Ｄ （ ｕｓ Ｄ ｔ ａｏ ｎｉｅ 中预爆管 与 主爆 震管 的尺 寸相差 较大 ， 间的爆震 波传 递与爆 震波 ｅ ｏ ｉ 管 的衍射 相 似 。普 惠公 司和 波音公 司在美 国海 军研究 办公 室 的资 助下 Ｊ２０ ，０４年 推 出 了 ＩＲ一２ 单 管工作 频 Ｔ ，