本發(fā)明涉及爆震燃燒領(lǐng)域，具體為一種固定爆震波曲率損失的裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、爆震波(detonation?wave)是由激波和化學(xué)反應(yīng)區(qū)強(qiáng)烈耦合的超聲速燃燒波。爆震燃燒屬于增壓燃燒，具有極高的釋熱速率，與基于等壓燃燒的傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)相比，基于爆震燃燒的動力裝置，熱循環(huán)效率更高，結(jié)構(gòu)亦更為簡單。近年來，爆震推進(jìn)已成為航空航天動力領(lǐng)域的研究熱點與前沿。爆震發(fā)動機(jī)分為脈沖爆震發(fā)動機(jī)、旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機(jī)和斜爆震發(fā)動機(jī)，盡管其工作原理不盡相同，但是獲得穩(wěn)定傳播的爆震波是所有爆震發(fā)動機(jī)正常工作的前提。然而，爆震波在實際應(yīng)用過程中，受非理想因素的影響，在傳播過程中會經(jīng)歷各種損失，如流體邊界層損失、側(cè)向膨脹損失與曲率效應(yīng)等。這些損失皆能造成爆震波傳播速度與峰值壓力的虧損，嚴(yán)重時會導(dǎo)致爆震波解耦熄爆，從而影響到發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定工作。因此，研究爆震波的傳播損失對爆震發(fā)動機(jī)的工程研制至關(guān)重要。

2、目前關(guān)于爆震波的傳播損失的研究，主要面臨兩方面的問題，其一根據(jù)傳統(tǒng)的研究方法，無法在實驗中定量測量爆震波的損失；其二，受限于實驗中的現(xiàn)實環(huán)境，因而，對相關(guān)理論模型的驗證缺乏有力支撐。

3、鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種研究爆震波傳播損失方法，提出一種新的方法，由一般到特殊，采用具有特殊幾何構(gòu)型的裝置，將傳播損失中的曲率損失固定，且盡可能忽略其他損失(如邊界層損失等)，進(jìn)而實現(xiàn)傳播損失可測量的目的。進(jìn)而方便研究人員構(gòu)建爆震波傳播特性與損失之間的定量關(guān)系，建立指導(dǎo)燃燒室中爆震波穩(wěn)定傳播的理論模型，推動爆震理論的發(fā)展和爆震發(fā)動機(jī)的工程應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種固定爆震波曲率損失的裝置和方法，可在實驗中定量測量爆震波的傳播損失，便于研究人員獲得爆震波傳播特性與損失之間的相關(guān)規(guī)律，建立調(diào)控發(fā)動機(jī)中爆震波穩(wěn)定傳播的燃燒室設(shè)計準(zhǔn)則。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、點火段和傳播段、傳播段與擴(kuò)張段之間均通過連接法蘭處的定位凸臺、密封槽和密封圈進(jìn)行密封。法蘭上均勻分布通孔，法蘭之間通過螺栓緊密連接。點火段進(jìn)/出氣孔焊接直通后連接管道，點火段頭部安裝高能點火器用于點火起始爆震波，點火段內(nèi)通過加裝schelkin螺旋加速火焰的發(fā)展，促進(jìn)緩燃向爆震的轉(zhuǎn)變(deflagration?to?detonationtransition，簡稱ddt)。之后爆震波進(jìn)入傳播段，傳播段和點火段均為等截面圓形直管。此外，傳播段尾部分布兩個壓力傳感器，用以測量爆震波的壓力信號和估算其傳播速度，通過與理論chapman-jouguet(cj)速度比較判斷爆震波是否已穩(wěn)定傳播。最后，爆震波進(jìn)入擴(kuò)張段，擴(kuò)張段橫截面具有固定的面積擴(kuò)張比，其截面半徑遵循自然指數(shù)增長關(guān)系。擴(kuò)張段的形線上均勻分布8個壓力傳感器，用以測量爆震波在擴(kuò)張段內(nèi)傳播過程中的壓力信號。另外，擴(kuò)張段尾部設(shè)有進(jìn)氣孔，用于惰性氣體的輸入。為便于擴(kuò)張段的安裝與固定，在擴(kuò)張段加裝支撐模塊，該模塊分為兩個部分，擴(kuò)張段中部外側(cè)設(shè)有固定法蘭，與上夾和支撐二的凹槽進(jìn)行配合，便于定位和支撐，其中，支撐二與上夾通過螺栓緊固；此外，支撐一與擴(kuò)張段尾部法蘭焊接，輔助支撐擴(kuò)張段。

4、采用上述的研究爆震波傳播損失的裝置構(gòu)建爆震波傳播損失的研究方法，包括如下步驟：

5、s1：由點火段頭部位置處的進(jìn)氣孔填氣，待氣充滿整個裝置內(nèi)部后，高能點火器點火，通過schelkin螺旋火焰加速后，在點火段內(nèi)生成爆震波。

6、s2：壓力傳感器監(jiān)測到爆震波傳播到傳播段尾部時的情況應(yīng)為穩(wěn)定傳播，若不穩(wěn)定，則返回上一步。

7、s3：爆震波傳播到擴(kuò)張段，受限于擴(kuò)張段的幾何構(gòu)型，爆震波在擴(kuò)張段內(nèi)的傳播曲率恒定，曲率損失也恒定，沿著管壁型線均勻分布的壓力傳感器即用于觀測其在傳播過程中壓力以及傳播速度的變化，進(jìn)而得出損失的變化情況。

8、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

9、1、本發(fā)明提供了一種固定爆震波曲率損失的裝置，與傳統(tǒng)構(gòu)型相比，可借助本裝置在實驗中定量測量爆震波的傳播損失。

10、2、本發(fā)明提供了一種固定爆震波曲率損失以研究傳播損失的方法，與傳統(tǒng)研究方法相比，此方法基于裝置幾何構(gòu)型確定曲率損失后，忽略弱化其他傳播過程中的損失，盡最大可能還原理論模型的相關(guān)模擬條件，以便定量研究傳播損失。

11、3、本發(fā)明提供了一種固定爆震波曲率損失的裝置和方法，與傳統(tǒng)構(gòu)型相比，本裝置功能更加多元化，定量測量爆震波傳播損失這一特點可為相關(guān)理論模型的驗證提供有力支持。

技術(shù)特征：

1.一種固定爆震波曲率損失的裝置與方法，其特征在于裝置由點火段、傳播段、擴(kuò)張段、各部之間的連接法蘭以及尾部端蓋組成。點火段由預(yù)混氣進(jìn)氣口及高能點火器組成，擴(kuò)張段沿擴(kuò)張曲面均勻分布8個傳感器定位螺栓的安裝位。整個實驗裝置的安裝，一方面依靠中間的固定法蘭與上夾和支撐二配合，另一方面依靠在擴(kuò)張段尾端的法蘭焊接的支撐一，兩者共同起支撐作用。

2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種固定爆震波曲率損失的裝置，其特征在于所述點火段，左端安裝高能點火器，圓管壁面左側(cè)布置進(jìn)氣孔，用以通入提前預(yù)混好的燃?xì)?，管?nèi)布置有schelkin螺旋以輔助起爆。

3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種固定爆震波曲率損失的裝置，其特征在于傳播段末端沿軸線等距安裝有兩個傳感器安裝位，可用于直接安裝壓力傳感器，確保爆震波傳播到傳播段尾部時為穩(wěn)態(tài)傳播。

4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種固定爆震波曲率損失的裝置，其特征在于擴(kuò)張段加工型面曲率(單側(cè))依據(jù)非線性方程：r＝aexp(bx),其中r為擴(kuò)張段沿軸向尾部端蓋的徑向截面半徑，a為擴(kuò)張段入口處的徑向截面半徑，b為一個與爆震波波面曲率有關(guān)的參數(shù)。擴(kuò)張段通道的面積擴(kuò)張比固定，保證爆震波穩(wěn)態(tài)傳播過程中的曲率損失恒定。

5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種固定爆震波曲率損失的裝置，其特征在于在擴(kuò)張段沿非線性方程生成的曲邊等距設(shè)置八個壓力傳感器安裝位，便于采集爆震波在擴(kuò)張段的壓力信號及傳播速度情況，分析結(jié)果，從而校核相關(guān)的模型。

6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種固定爆震波曲率損失的裝置，其特征在于在擴(kuò)張段傳感器的安裝方式，將壓力傳感器與傳感器安裝座以螺紋相配合并密封，再將傳感器安裝座與擴(kuò)張段傳感器安裝位通過螺栓配合，傳感器安裝座的密封槽內(nèi)置密封條，螺栓壓緊后，密封條充滿整個密封槽。

7.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種固定爆震波曲率損失的裝置，其特征在于法蘭連接處采用雙層密封，在連接的兩法蘭接觸面上分別開一個密封槽，其中外側(cè)是平面密封，內(nèi)側(cè)分公母，一側(cè)做定位凸臺，一側(cè)做凹槽，凹槽深度為密封條對應(yīng)深度加定位凸臺高度，兩者配合時，凸臺寬度與凹槽寬度設(shè)計上相等，間隙依公差配合，使密封條受壓后充滿整個密封槽，密封效果加強(qiáng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種固定爆震波曲率損失的裝置，其特征在于設(shè)置了兩個支撐模塊，該模塊分為兩個部分，擴(kuò)張段中部外側(cè)設(shè)有固定法蘭，與上夾和支撐二的凹槽進(jìn)行配合，便于定位和支撐，其中，支撐二與上夾通過螺栓緊固；此外，支撐一與擴(kuò)張段尾部法蘭焊接，輔助支撐擴(kuò)張段。支撐一和支撐二分別配有與底邊成60°和與底邊成45°的三角筋，輔助受力及支撐。兩支撐的底部以一定尺寸布置孔位，便于和實驗室臺板通過螺栓進(jìn)行配合緊固。

9.采用權(quán)利要求2-8所述的一種固定爆震波曲率損失的裝置構(gòu)建固定爆震波曲率損失的研究方法，其特征在于,有如下步驟組成：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種固定爆震波曲率損失的裝置和方法，裝置包括點火段、傳播段、擴(kuò)張段以及尾部端蓋。點火段、傳播段以及擴(kuò)張段之間通過連接法蘭以螺栓連接。本發(fā)明以擴(kuò)張段的固定法蘭和尾部法蘭，輔助支撐和安裝。點火段通入預(yù)混氣點火產(chǎn)生爆震波，在傳播段穩(wěn)定傳播，擴(kuò)張段通道截面面積擴(kuò)張比固定，保證爆震波在通道內(nèi)以固定的曲率損失傳播。本發(fā)明采用將爆震波傳播損失中的曲率損失固定，改進(jìn)構(gòu)型以忽略其他損失，達(dá)到定量測量傳播損失的目的，進(jìn)而方便研究人員構(gòu)建爆震波傳播特性與損失之間的定量關(guān)系，建立指導(dǎo)燃燒室中爆震波穩(wěn)定傳播的理論模型，推動爆震理論的發(fā)展和爆震發(fā)動機(jī)的工程應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：肖強(qiáng),曾敏薈,陳慶云,張啟斌,范瑋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28