多通道滑动弧等离子体与燃料喷注协同强化超燃冲压发动机点火方法

doi:10.7527/S1000-6893.2024.31037

流体力学与飞行力学

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多通道滑动弧等离子体与燃料喷注协同强化超燃冲压发动机点火方法

朱家健, 罗天罡, 田轶夫(), 万明罡, 孙明波

国防科技大学高超声速技术重点实验室，长沙 410073

收稿日期:2024-08-05 修回日期:2024-09-05 接受日期:2024-10-10 出版日期:2024-10-16 发布日期:2024-10-15
通讯作者: 田轶夫 E-mail:tianyifu@nudt.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(12322211)

Enhanced ignition method with synergy of multi-channel gliding arc plasma and fuel injection in a scramjet

Jiajian ZHU, Tiangang LUO, Yifu TIAN(), Minggang WAN, Mingbo SUN

Hypersonic Technology Laboratory，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China

Received:2024-08-05 Revised:2024-09-05 Accepted:2024-10-10 Online:2024-10-16 Published:2024-10-15
Contact: Yifu TIAN E-mail:tianyifu@nudt.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(12322211)

摘要/Abstract

摘要：

点火位置和燃料喷注的有效协同对超燃冲压发动机燃烧室内的可重复强化点火至关重要。在燃烧室入口来流马赫数为2.92，总温为1 590 K的条件下，提出燃烧室侧壁面多通道滑动弧等离子体放电与凹腔内燃料喷注协同强化超燃冲压发动机点火的方法，采用多视角高速摄影、高速纹影、电光同步高速诊断等测量技术，研究了等离子体作用位置和喷注时序对点火和火焰传播的影响，揭示了点火位置与燃料喷注时序的匹配关系、协同作用效果和机理。实验结果表明，在燃料喷注建立阶段，作用于凹腔前缘附近的多通道滑动弧等离子体与燃料喷注有较好的协同点火效果；而当其作用于凹腔后缘时，火核容易吹熄，全局火焰建立时间较长，协同点火效果较差。在燃料喷注稳定阶段，作用于凹腔后缘附近的多通道滑动弧等离子体能够与燃料喷注形成良好的协同点火和维持稳定燃烧的效果。

关键词: 滑动弧等离子体, 燃料喷注, 协同点火, 凹腔, 超声速燃烧, 超燃冲压发动机

Abstract:

Efficient synergy of ignition location and fuel injection is crucial for achieving repeatable enhanced ignition in scramjet combustors. This study proposes an enhanced ignition method involving Multi-Channel Gliding Arc （MCGA） plasma and fuel injection to enhance ignition in a scramjet with an inflow Mach number of 2.92 and a combustor total temperature of 1 590 K. The measurement techniques of multi-view high-speed photography， high-speed schlieren， and electro-optical synchronous high-speed imaging were employed to investigate the effect of ignition position and fuel injection timing on ignition and flame propagation， showing the matching relationship， synergy effect and mechanism between ignition location and fuel injection timing. The experimental results show that the MCGA plasma near the leading edge of the cavity has a good synergy ignition effect with the fuel injection at the establishment stage of the fuel injection. However， when it acts on the rear edge of the cavity， the flame kernel is easy to blow out， the global flame takes a long time to build， and the synergy ignition effect is poor. At the stabilization stage of the fuel injection， the MCGA plasma near the rear edge of the cavity can form an excellent synergy ignition and maintain stable combustion with the fuel injection.

Key words: gliding arc plasma, fuel injection, synergy ignition, cavity, supersonic combustion, scramjet

中图分类号:

V235.21

朱家健, 罗天罡, 田轶夫, 万明罡, 孙明波. 多通道滑动弧等离子体与燃料喷注协同强化超燃冲压发动机点火方法[J]. 航空学报, 2025, 46(7): 131037.

Jiajian ZHU, Tiangang LUO, Yifu TIAN, Minggang WAN, Mingbo SUN. Enhanced ignition method with synergy of multi-channel gliding arc plasma and fuel injection in a scramjet[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(7): 131037.

图/表 15

图 1

表 1

图 2

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参考文献 36

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

工况	点火器位置	点火和喷注时序	MCGA 等离子体	乙烯燃料喷注方式
1-1	A	阶段Ⅰ	开	逐渐增加到9.7 g/s
1-2	A	阶段Ⅱ	关	9.7 g/s
1-3	A	阶段Ⅲ	开	9.7 g/s
2-1	B	阶段Ⅰ	开	逐渐增加到9.7 g/s
2-2	B	阶段Ⅱ	关	9.7 g/s
2-3	B	阶段Ⅲ	开	9.7 g/s

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多通道滑动弧等离子体与燃料喷注协同强化超燃冲压发动机点火方法

Enhanced ignition method with synergy of multi-channel gliding arc plasma and fuel injection in a scramjet

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