基于混合燃料的旋转爆震发动机燃烧室冷态流场研究①

岳松辰，王 强，胡晟荣，马 潇

(北京理工大学 机电学院，北京 100081)

0 引言

爆震发动机是一种基于爆震燃烧而设计的推进装置，可分为脉冲爆震发动机和旋转爆震发动机两种[1]。一般情况下，脉冲爆震发动机呈环形圆筒结构，爆炸波沿其轴线传播，从封闭一头直接传向出口，从而形成一次推力。但旋转爆震发动机与之不同，它呈环形双层桶结构，在内外两层之间的环形空间内产生爆震波，传播方向沿圆周方向，爆震波向其侧面扩展，形成了连续推力[2]。因此，旋转爆震发动机除了具有传统脉冲爆震发动机的优点外，还克服了脉冲爆震发动机的一些缺点，如工作频率低、对点火系统要求高等。旋转爆震发动机一般采用环形燃烧室，工作过程如图1所示。燃料从 燃烧室的头部喷入，通过高能火花塞或预爆震管来对燃料进行点火，形成的爆震波在燃烧室燃料入口处沿轴向连续传播，燃烧后的混合气体从燃烧室另一端膨胀排出，从而产生推力[3]。

图1 环形燃烧室工作过程

为防止回火现象，旋转爆震实验基本都是采用燃料和氧化剂分开喷注进行实验[4]。喷注与掺混是组织燃烧的重要步骤，燃料与氧化剂掺混的好坏和掺混的速度决定了爆震波的形成过程与维持机制，是连续旋转爆震燃烧研究的难题[5]。早期由于技术原因，多采用预混完成的燃料与氧化剂气体进行三维仿真运算，与真实情况有较大差别。近年来，针对旋转爆震的三维非预混数值模拟计算逐渐展开，FROLOV等[6]首次实现了燃料与氧化剂分开喷注的三维旋转爆震数值模拟；……