障碍物长度对两相爆震起爆特性影响的研究

为了探究障碍物长度对气液两相爆震起爆特性的影响,以汽油和富氧空气作为燃料和氧化剂,在使用不同长度障碍物的爆震管中进行了工作频率为20 Hz的无阀式多循环实验研究.研究结果表明,障碍物长度为管径4倍至8倍的孔板、Shchelkin螺旋、环形凹槽和螺旋凹槽均可实现爆震的起爆;增加障碍物长度可以缩短DDT距离和DDT时间;气液两相DDT过程中,火焰加速至产物声速左右,可能会马上起爆,也可能维持在产物声速左右继续传播一段距离后再起爆;在火焰达到产物声速左右的位置下游布置障碍物可以增加爆震马上起爆的概率.

DNTF基炸药燃烧转爆轰影响因素实验研究

为了研究二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)基混合炸药燃烧到爆轰转变(DDT)过程的有效调控技术,采用同轴电离探针测量技术研究了点火药量、DDT管壁厚约束、成型方式等对DNTF基混合炸药DDT性能的影响,从DDT管破裂状态、DDT过程不同位置处波阵面速度、诱导爆轰距离等变化对实验结果进行了分析。结果表明,DDT管壁厚约束对DNTF基混合炸药DDT的诱导爆轰距离没有明显影响,都在375 mm左右,但壁厚减小会使爆燃阶段持续时间增加,达到爆轰的初始速度减小到5515 m·s^(-1);点火药量增加对DNTF基混合炸药DDT反应剧烈性没有明显影响,但会减小初始燃烧持续时间和诱导爆轰距离;压制成型试样DDT的初始燃烧持续时间、爆燃持续时间及诱导爆轰距离均大于熔铸成型试样,但反应剧烈性没有差别。

四种典型炸药燃烧转爆轰试验研究

为了对常用组分构成的炸药燃烧转爆轰(DDT)过程进行预估,采用熔铸工艺制备了P1(40%TNT/60%RDX)、P2(40%DNTF/40%HMX/10%TATB/5%Al/5%添加剂)、P3(25%DNTF/40%AP/30%Al/5%添加剂)3种混合炸药,采用浇注工艺制备了P4(30%RDX/30%AP/30%Al/10%添加剂)炸药,用同轴电离探针测试技术对4种炸药进行了DDT试验,从DDT管的破碎状态、DDT过程中波阵面传播速度及爆轰转变距离分析了DDT响应特征。结果表明,炸药P1、P2、P3发生了DDT,爆轰转变距离范围分别为750~825mm、375~450mm、675~750mm,炸药P4未发生DDT;炸药P2的DDT管破裂最剧烈,炸药P3次之,炸药P1最小,表明DDT管的破碎程度与炸药的爆压正相关;炸药配方中含有热分解温度接近的组分,使热分解放热量快速叠加,促使燃烧状态失稳,提高燃烧向爆轰的转变;浇注成型工艺由于存在惰性添加剂对炸药组分的隔离包覆和吸热作用,降低了炸药由燃烧向爆轰转变的可能性。

激波绕射触发爆震波的试验研究

在单爆震试验平台上对激波绕射触发爆震波的特性进行了试验研究.针对不同的激波反射器结构尺寸,测量了爆震管内气体压力变化历程及火焰传播速度,获得了不同工况下激波绕射触发爆震波的特性.结果表明:激波反射器对爆震波的形成有促进作用,并取决于反射器中的反射锥及反射孔板的结构与尺寸;在反射锥堵塞比一定的情况下,存在最佳反射锥锥角使得爆震波的形成距离最小;而反射锥与反射孔板的间距增大,爆震波形成距离增大,一旦形成稳定的爆震波后,反射器对爆震波压力的影响不大.

管道截面突缩对爆轰波起爆特性的影响

为研究管道截面突缩对爆轰波起爆特性的影响,在突缩比为5∶3的截面突缩管道及直管内对不同初始压力下甲烷氧气预混气体的起爆特性进行了实验研究,利用离子探针获得管道内火焰传播速度,并通过二维数值模拟探究了3种不同突缩比的截面突缩管道内火焰及压力的传播特性.实验结果表明,截面突缩管道内爆轰波起爆距离随着初始压力的降低而逐渐增加,在初始压力20 kPa及15 kPa下截面突缩管道起爆距离分别较直管减小22%和19%;模拟结果显示压力波传播至截面突缩处由于截面的阻碍会形成回传压力波,暂时降低火焰传播速度,在火焰波经过截面突缩处之后,火焰传播速度迅速回升直至达到过爆状态.在引爆管长度为30~50 cm、直径在40~60 mm时,爆轰波起爆距离均先缩短后增加,所以在引爆管长度40 cm、直径50 mm附近存在一个最佳引爆管尺寸,能够最大限度缩短起爆距离.

障碍物对脉冲爆震火箭发动机性能影响的实验研究

为了探究障碍物对脉冲爆震火箭发动机在无阀自适应工作方式下性能的影响,采用汽油为燃料,富氧空气为氧化剂,开展了工作频率为20Hz的无阀式多循环实验研究。实验中使用Shchelkin螺旋、螺旋凹槽、环形凹槽和孔板作为障碍物,并分析了其对起爆和推进性能的影响。研究结果表明,Shchelkin螺旋、螺旋凹槽和环形凹槽在阻塞比BR=0.36,0.46和0.56时都可实现PDRE的稳定工作,孔板在BR=0.56时无法实现爆震的起始;Shchelkin螺旋的DDT距离和DDT时间最短;实验测得的平均推力较理想流动模型理论值有13.3%~39.3%的亏损,BR=0.36的Shchelkin螺旋推力损失最小;螺旋凹槽与环形凹槽的DDT距离和DDT时间较长,没有明显的推力增益。

不同点火条件下DNTF与B炸药的燃烧转爆轰实验研究

为研究3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的燃烧转爆轰(DDT)过程,采用DNTF和B炸药进行对比,开展了4种点火条件下的DDT实验,测量了反应波阵面在DDT管中的传播过程,分析了点火药量对DNTF爆轰转变距离和爆轰转变时间的影响。结果表明,DNTF在点火药量为2.0、1.0、0.5g和0.25g条件下均能被点燃,并最终转变为稳定爆轰;随着点火药量从2.0g降低到0.25g,DNTF均能实现燃烧转爆轰,且爆轰转变距离无显著变化,均在120~150mm范围内,但引燃时间大幅度延长;而B炸药仅能在2.0g点火药量下被点燃,且未能增长为稳定爆轰,表明对于DNTF单质炸药,点火强度的变化可对其DDT过程中的低速热传导燃烧阶段产生显著影响。

毫米级光滑圆管内爆轰波起爆距离实验研究

由于在脉冲爆轰发动机进口端设置微孔可有效促进爆轰起爆,故通过高速相机拍摄在初始压力为10~100 kPa下等当量比丙烷/氧气的火焰传播过程研究了毫米级圆管中缓燃向爆轰转捩(deflagration to detonation transition,DDT)距离,实验在长为1930 mm、管径分别为0.5、1、2、4 mm的管道中进行。实验结果表明:面积发散效应导致DDT距离与管径和初始压力不同的变化关系,当初压低于60 kPa时,DDT距离与管径呈线性关系;而当初压在60 kPa以上时,DDT距离在100~200 mm,随管径的变化并不明显。而在同一管径下,DDT距离随初始压力的增大而减小且呈现反比关系,这与大尺度下DDT距离与初压的关系相似。最后,通过讨论边界层厚度对DDT距离的影响得到区分大小尺度DDT模式的临界值。

双组分混合气态燃料爆震起爆特性

在爆震燃烧中,与液态燃料相比气态燃料具有更好的起爆性能和可爆极限。在一定温度和压力下,液态碳氢燃料燃烧伊始发生的吸热裂解反应会产生小胞格尺寸的轻质气态小分子,其混合物组合可有效降低可燃混合物的临界起爆能量并提升燃料整体的起爆性能。研究液态燃料裂解反应中气态产物组分及含量对缓燃向爆震转变过程时间及距离的影响规律,有助于掌握形成易爆混合物的条件,指导液态燃料爆震燃烧室的设计。本文采用光学测量方法,对RP-3航空煤油热裂解反应的主要产物双组分气态燃料的起爆性能进行了实验研究,对不同组分燃料的起爆过程中火焰传播速度进行对比。结果表明:生成的甲烷摩尔分数大于60%时不能实现爆震起爆,烯烃类等气态不饱和烃可增强混合燃料的起爆性能。同时,适当地提高当量比,可以扩大混合燃料的可爆极限。

可燃气体混合物燃烧转爆轰判据对比分析

基于气相爆轰实验中到爆轰时刻不同判据之间的比较,利用数字高速摄影相机,在激波管中开展化学计量比的乙炔-氧气混合气体的燃烧转爆轰实验,对比了6种不同的判据判读到爆轰时刻数据之间的差异。对比分析表明,采用波阵面火焰发光强度和波阵面轨迹作为乙炔-氧气混合气体到爆轰时刻的判据,能够更精确地获得到爆轰时间和到爆轰距离。不同判读数据之间的差异较大,主要原因是在燃烧转爆轰过程中发生局部爆炸,对压力和波速的走时产生较大的影响,导致了判读到爆轰时刻的误差。

中心锥体结构脉冲爆震火箭发动机初步实验

为了改善采用液态燃料的脉冲爆震火箭发动机内部燃料的雾化以及燃料混合物的掺混状况,采用了一种中心锥体结构.该结构发动机不采用Shchelkin螺旋增爆装置,而采用中心锥体结构、二级供应方式.采用航空煤油为燃料、压缩氧气为氧化剂、压缩氮气为隔离气体,在该结构脉冲爆震火箭发动机上获得了充分发展的爆震波并且能够在多循环条件下稳定工作.实验结果表明,该结构可以大大缩短DDT(deflagra-tion to detonation transition)距离,在实验条件下爆燃向爆震转变距离约为管径的5倍.较之同一管径采用Shchelkin螺旋增爆装置的脉冲爆震火箭发动机,该结构发动机的爆燃向爆震转变距离缩短了57.5%.

高温来流下U型脉冲爆震燃烧室燃烧特性试验

为了获得高温来流下气/液两相多循环U型脉冲爆震燃烧室(U⁃PDC)的燃烧特性,使用汽油/空气为燃料和氧化剂开展了相关试验研究。结果表明:当来流温度为373 K,U⁃PDC能够在15~38 Hz范围内稳定工作,且随着工作频率提高爆燃向爆震转变(DDT)距离缩短;在室温条件下、工作频率为15~25 Hz时,未能形成充分发展爆震波,表明高温来流可促进DDT过程。在室温条件下、工作频率为15~25 Hz时,由于U型爆震弯段内可燃混气分布不均匀,U型爆震弯段外侧监测到火焰的时间晚于U型弯段出口,当来流温度升至373 K后该现象明显改善。此外,U⁃PDC的点火起爆时间在3~10 ms内,且点火延迟时间是影响点火起爆时间的主要因素;U⁃PDC工作频率相同、来流温度从室温升高至373 K或来流温度相同、U⁃PDC工作频率提高时,波速随之提高,点火起爆时间缩短。

掺混臭氧对微圆管内甲烷/氢气/氧气爆轰特性的影响

为研究掺混O对2CH_(4)-2H_(2)-5O_(2)混合气火焰、由缓燃向爆震转捩(DDT)过程及爆轰波传播特性的影响,使用高速摄像机(CCD)观测了不同O_(3)质量浓度(0.00%、0.44%、0.95%、1.40%、2.00%)下,2CH_(4)-2H_(2)-5O_(2)混合气在不同内径的毫米级(3.00、5.00、7.00 mm)管道内的火焰传播情况,进而分析了掺混O_(3)对2CH_(4)-2H_(2)-5O_(2)DDT过程及爆轰波传播特性的影响。实验结果表明,添加臭氧可以显著加速火焰的传播速度,从而加快爆燃向爆轰(DDT)过程,缩短起爆距离。在相同管径下,随着混合臭氧质量浓度的增加,火焰的传播速度增加,起爆距离减小。而当添加的臭氧比率相同时,随着管道直径的减小,起爆距离缩短。