一种弯曲激波诱导爆震的起爆新方式

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29682

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一种弯曲激波诱导爆震的起爆新方式

熊皓晨, 邱若凡, 韩信, 闫浩, 张涛, 尤延铖()

厦门大学航空航天学院，厦门 361102

收稿日期:2023-10-07 修回日期:2023-10-23 接受日期:2023-11-14 出版日期:2024-09-25 发布日期:2023-12-01
通讯作者: 尤延铖 E-mail:yancheng.you@xmu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(U21B6003);福建省自然科学基金(2020J05019)

New method for detonation initiation induced by curved shock wave

Haochen XIONG, Ruofan QIU, Xin HAN, Hao YAN, Tao ZHANG, Yancheng YOU()

School of Aerospace Engineering，Xiamen University，Xiamen 361102，China

Received:2023-10-07 Revised:2023-10-23 Accepted:2023-11-14 Online:2024-09-25 Published:2023-12-01
Contact: Yancheng YOU E-mail:yancheng.you@xmu.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U21B6003);Natural Science Foundation of Fujian Province(2020J05019)

摘要/Abstract

摘要：

斜楔起爆是斜爆震最典型的起爆方式，增大斜楔角度虽然有利于加速起爆，但会导致爆震波过驱度和燃烧室阻力的增加。为兼顾爆震波的快速起爆和燃烧性能，本文利用弯曲激波系统的灵活性，提出了一种S型壁面起爆方式。该方式既利用内凹壁面压缩来流以促进起爆，又利用外凸壁面膨胀来流降低爆震波的过驱度。由于膨胀波作用于起爆区时可能使爆震波熄爆，因此S型壁面起爆方式的转折点设置显得尤为重要。为此，本文基于弯曲特征线法提出了一种快速计算弯曲爆震起爆位置的方法，以便合理地设置S型壁面转折点。研究结果显示，经过优化的S型壁面起爆方案相较于原有方案，平均推力势增益提高了16.5%、平均总压恢复系数提高了8.3%。

关键词: 弯曲激波系统, S型壁面, 弯曲爆震, 起爆位置, 推力势

Abstract:

Oblique wedge initiation is the predominant initiation mode for oblique detonation waves. While increasing the angle of the oblique wedge accelerates detonation， it also raises the overdrive degree of the detonation wave and the resistance within the combustion chamber. To simultaneously ensure rapid detonation initiation and combustion performance， we present the S-shaped wall initiation method， making full use of the flexibility of the curved shock wave system. Concave wall compression facilitates detonation initiation， while convex wall expansion mitigates the overdrive degree of the detonation wave. Given that the expansion wave affecting the initiation zone could lead to detonation wave extinguishment， precise adjustment of the turning point for the S-shaped wall initiation method becomes crucial. Thus， employing the method of curved-shock characteristics， we present a calculation approach to determining the initiation position of curved detonation， to establish the turning point of the S-shaped curved wall in a rational manner. Findings reveal that the optimized S-shaped wall initiation scheme leads to a 16.5% increase in average thrust potential gain and an 8.3% enhancement in the average total pressure recovery coefficient.

Key words: curved shock wave system, S-shaped wall, curved detonation wave, initiation position, thrust potential

中图分类号:

V231.2⁺2

熊皓晨, 邱若凡, 韩信, 闫浩, 张涛, 尤延铖. 一种弯曲激波诱导爆震的起爆新方式[J]. 航空学报, 2024, 45(18): 129682.

Haochen XIONG, Ruofan QIU, Xin HAN, Hao YAN, Tao ZHANG, Yancheng YOU. New method for detonation initiation induced by curved shock wave[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(18): 129682.

图/表 18

图 1

表1

表2

图 2

图 3

图 4

图 5

表3

两种计算结果在不同来流和边界条件下的误差对比

计算条件	Ma=9		Ma=10
计算条件	$θ = 12$ °	$θ = 16$ °	$θ = 12$ °	$θ = 16$ °
快速计算解/mm	63.43	36.33	29.79	14.59
数值计算解/mm	62.39	35.64	29.72	14.74
误差/%	1.64	1.89	0.23	1.03

表3

表4

图 6

图 7

图 8

图 9

图 10

图 11

图 12

表5

不同楔形的平均总压恢复系数和平均推力势增益

壁面形状	x/mm	$T P R ¯$	∆F_pot
优化前	105.9	0.24	1 366
优化后	128.8	0.27	1 592

表5

图 13

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Ma₁	Ma₃	p₃/Pa	T₃/K	V₃/（m·s^-1）
9	4.2	42 500	851.5	2 473.4
10	4.4	54 300	972.1	2 757.6

算例编号	马赫数	速度/（m·s^-1）
1	4.18	1 685
2	4.48	1 804
3	6.46	2 605

加密级数	1级	2级	3级
快速计算解/mm	63.43	63.43	63.43
数值计算解/mm	62.39	63.62	63.41
求解时间/s	8.35	36.44	102.69
误差/%	1.64	0.30	0.03

一种弯曲激波诱导爆震的起爆新方式

New method for detonation initiation induced by curved shock wave

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