JF-10氢氧爆轰驱动激波风洞自由流的测量和诊断

针对JF-10氢氧爆轰驱动风洞运行的高焓高速状态，采用吸收光谱技术、皮托压力瞬态测量技术、电离探针等的测试方法，测量了自由流中一氧化氮的含量和离子浓度、皮托压力及其沿喷管出口半径方向的分布。并根据以上各项测量结果判断了自由流的非平衡程度。

氢氧爆轰驱动激波风洞的性能

本文对膜片处起爆的氢氧爆轰驱动的概念作了简要描述。爆轰波在管端盖板上的反射压力峰值高出初始压力200多倍,在高起始压力条件下产生的如此高的反射峰压对设备安全极为不利。串接在驱动段末端的卸爆段既能消除高的反射峰压,又能延长有效驱动时间。实验结果还表明:爆轰波后气流的定常性和重复性品质优良。用爆轰驱动来产生高焓(具有高压)试验气流是一种高性能且节省费用的新方法。还可用来获得高雷诺数高马赫数试验气流。爆轰驱动具有广阔的应用前景。

长试验时间爆轰驱动激波风洞技术研究

地面试验是先进高超声速飞行器研制的主要手段之一,获得满足高超声速气动实验研究的长时间高焓气流是发展激波风洞技术的关键难题之一.依据反向爆轰驱动方法,针对满足超燃试验有效时间的要求,讨论了爆轰驱动激波风洞运行缝合条件匹配、喷管起动激波干扰控制和激波管末端激波边界层相互作用等因素对激波风洞试验时间的制约及其相应的解决方法.应用这些延长试验时间的激波风洞创新技术,成功研制了基于反向爆轰驱动方法的超大型激波风洞,试验时间长达100ms,并有复现高超声速飞行条件的流动模拟能力.

激波管氢氧爆轰驱动技术的发展进程

回顾了爆轰驱动的出现与认识过程及对其性能的观察结果.采用卸爆管消除爆轰波反射高压和利用变截面缓解Taylor波有害影响,使得反向和前向爆轰驱动模式能用来产生高焓高压试验气源.双爆轰驱动段彻底消除了爆轰波后的Taylor稀疏波,不仅提高了前向爆轰的驱动品质,而且为进一步提高驱动能力开辟了新途径.

正向爆轰驱动高焓激波风洞的数值模拟

对充满氢氧可燃气体、带扩容腔的正向爆轰驱动的激波风洞进行了数值模拟。计算采用了欧拉方程,频散可控耗散差分格式(DCD)和改进的二阶段化学反应模型。在扩容腔附近采用二维轴对称计算模型,而在驱动段和被驱动段的直管道部分则采用一维计算模型。本文分析了爆轰波在管道中的传播、反射和绕射过程。计算结果表明扩容腔的尺寸对爆轰波的传播、反射、汇聚等起着决定性的作用;带扩容腔的正向爆轰驱动的激波风洞能够得到平稳的持续时间较长的气流,提高了实验的精确度和可重复性。

氢氧燃烧及爆轰驱动激波管

分析并观察了沿驱动段轴向分布多火塞燃烧驱动段的性能．提出主膜处同一管截面均匀分布三火花塞引燃的点火方法．用这种点火方法驱动产生的入射激波强度重复性较高，激波后气流速度、温度和压力的定常性亦大大改善，可满足气动试验实际要求．提出在驱动段尾端串接卸爆段来消除爆轰波反射高压，从而可使反向爆轰驱动段用来产生高焓高密度试验气流．这种反向爆轰驱动产生的入射激波重复性高，激波衰减弱．在主膜处的收缩段产生的反射波可缓解爆轰波后跟随的稀疏波的不利影响，从而使前向爆轰驱动具有实用性．在产生的入射激波强度相同条件下，前向爆轰驱动所需的爆轰驱动段可爆混合气初始压力可较反向爆轰低近一个量级．

探索发展激波风洞爆轰驱动技术

发现了燃烧驱动激波管中入射激波马赫数异常升高的起因.实验显示爆轰驱动能力强于燃烧驱动,从而推动爆轰驱动技术的发展.采用卸爆管消除爆轰波反射高压以及双爆轰驱动段全部消除爆轰波后的Taylor稀疏波,使反向和前向爆轰驱动模式具有实用价值.反向爆轰驱动技术还成功用来延长激波风洞试验时间.

轴对称二维氢氧爆轰驱动激波管的模拟(英文)

对由前向爆轰产生驱动气体并具有局部锥形收缩截面的轴对称激波管利用两相常比热完全气体的欧拉方程组和有限体积TVD格式在局部正交的网格上进行了二维数值模拟。将消除两种介质界面处数值振荡的新方法成功地推广到二维情况。分析了该激波管的力学特性。

激波管双爆轰驱动段性能的数值模拟研究

采用频散可控的耗散格式(DCD),求解Euler方程和一种改进的二阶段化学反应模型,对氢氧反向-正向双爆轰驱动段激波管进行了数值模拟．计算结果表明:当辅驱动段与主驱动段初始压力比小于临界值时, Taylor波仍会出现,但波扇夹角较单一前向爆轰驱动段小,入射激波马赫数衰减率变小;当初始压力比等于临界值时,主驱动段中的Taylor波完全被消除,入射激波马赫数不再衰减．当初始压力比大于临界值时,在主驱动段中能产生过驱动爆轰波,不仅Taylor波被完全消除,而且驱动能力较单一前向爆轰驱动段强.

前向爆轰驱动变截面激波管特性的数值模拟

讨论的激波管由氢氧前向爆轰产生高压驱动气体、并配有收缩截面段,它能产生高焓超高速气流.对此进行了模拟.既对变截面角度的作用,两端截面积比的作用又对比正向反向爆轰有何不同效果做了探讨.正向爆轰时主膜处的收缩段产生的汇聚作用既加强主激波又产生反向激波,缓解了爆轰波阵面后紧跟着的稀疏波导致主激波衰减偏快的不利影响.当收缩角度在30°和45°之间时,主激波的强度较高,衰减较小;当β接近90°时在主激波传播过一小段距离之后,主激波后高温高速气流较均匀,且主激波的衰减最小,具有实用价值.驱动段与被驱动段的截面积比越大,主激波的强度越高,但是最初阶段衰减也越快.反向爆轰时产生的主激波衰减最缓,但是同样的主激波强度需要的驱动段与被驱动段初始压力比前向爆轰高1个量级.

爆轰驱动高焓激波膨胀管性能研究

介绍了中国科学院高温气体动力学实验室JF-16爆轰驱动高焓激波膨胀管的研制进展及其性能测试结果.性能研究主要测量了入射激波速度和压力曲线.根据入射激波速度,应用Mirels的黏性激波管理论计算了超高速试验气流的运动速度,然后应用Gaseq软件计算了试验气流的热力学参数.研究结果表明:在16.35 m长的JF-16激波膨胀管中获得了流速7000 m/s以上的稳定试验气流,试验时间为50～100μs,试验气流总焓30MJ/kg左右.

增设收缩截面后的爆轰驱动激波管性能研究(英文)

为提高前向爆轰驱动激波风洞的性能 ,采用在驱动段靠近主膜处增设一个收缩喉道的方法 ,以此来产生较为均匀的驱动气源。

俞鸿儒院士:激波管爆轰驱动新方法开创者

俞鸿儒早年攻读数学和机械工程学位,打下了理工结合的坚实基础。1956年他考取了中科院力学所郭永怀先生的研究生,在钱学森、林同骥等先生的言传身教和文化熏陶下,加上他本人固有素质悟性,走上了开拓“激波现象及其应用”的实验研究之旅。俞鸿儒急国家之所需,不循国外老路,探索出费用低廉且高效的高焓试验气流实验方法——爆轰驱动,被国际同行广泛推崇。他还积极推动激波管和激波风洞技术在国防、航空航天与民用领域的应用。在21世纪初他又开展了高超冲压发动机性能研究,并探索采用催化复合方法提高冲压发动机推力的新概念。俞鸿儒还为中国气动中心的发展倾注心力,献计献策。他甘当铺路石,为后来者助行。

氢氧发动机中激波与爆轰波热力参数计算分析

大扩张比氢氧发动机在地面试车时喷管中可能会出现激波,而在起动时刻燃烧室或燃气发生器中则很容易产生爆轰波,其对发动机的结构与工作状态会产生较大的影响。为准确地分析激波与爆轰波对氢氧发动机的影响,从热力参数层面进行计算分析,所有的计算都考虑热化学反应的影响。首先,在传统一维管流模型基础上引入化学平衡模型来计算和分析推进剂混合比和燃烧室压力对喷管扩张段中激波位置及热力参数影响的一般规律;然后,采用基于热化学平衡模型的C-J爆轰理论,计算和分析推进剂混合比、初温及初压对爆轰波的影响规律。计算分析表明:喷管扩张段中的激波位置与燃烧室压力呈线性关系,激波处的温度比相对于不考虑热化学反应时要低28%~38%,而压力比无明显区别,压力比与温度比在化学当量混合比时最小;爆轰波强度随着初压的升高、初温的降低而增强,在化学当量混合比时最强,初温30 K,初压1 MPa时爆轰压力最高可达220 MPa,温度可达4 500 K,波速超过3 000 m/s。得到的这两种波的规律和特点可以为发动机工程设计人员提供一定的参考。

氢氧爆轰波与界面的相互作用

用ＴＶＤ格式数模拟了初压在０．１～１．０ＭＰａ，３Ｈ２＋Ｏ２的爆轰波与固壁的反射特性，以及初压在１．０ＭＰａ，３Ｈ２＋Ｏ２的爆轰波与初压在０．００２～０．３ＭＰａ范围内的卸煤气体（Ｎ２）的相互作用特性。并在φ１００ｍｍ的爆轰试验管上进行实验验证。结果表明：串接卸爆段后的反射峰压比不串接卸爆段时降低了８３％左右；定常驱动时间比反射激波时可延长４０％。驱动段产生的定常驱动时间可达到１ｍｓ／ｍ。

高焓激波风洞喷管流场非平衡特性研究

高焓激波风洞是开展高超声速流动研究的重要地面模拟设备,但其产生的高焓气流在喷管中的膨胀过程是一种典型的热化学非平衡流动,试验段特征参数通过直接实验测量难以完全确定。本文通过求解耦合双温度模型的轴对称Navier-Stokes方程,研究了高焓激波风洞中典型状态下气流的热化学非平衡流动特性,分析了焓值对非平衡特性的影响规律。结果表明,喷管出口自由流均匀区域达到出口截面直径的75%以上,能够为实验提供足够的空间;喷管出口自由流处于热化学非平衡状态,在喷管喉道后约1/5喷管长度处气流即已处于冻结流状态,组分浓度和振动温度随气流流动基本不变;焓值在8.4MJ/kg^19.5MJ/kg之间变化时,非平衡程度随着焓值的增加而增强,但是低焓值时非平衡程度的增强更加剧烈。

驻定斜爆轰波的初步实验观察

本文介绍了使用激波风洞观察相对实验室驻定的斜爆轰波的方法、实验装置和初步实验结果。实验主要利用高分子可燃固体主膜片与高焓气体在加速、减速和膨胀降温过程中的混合作用 ,采用高速摄影技术对高超声速流场中尖劈所形成的高温和燃烧发光区进行动态观测 ,得到波角明显大于斜激波的结果 。

气体爆轰波在声学吸收壁下游的再加强过程

实验研究了爆轰波在声学吸收段下游发生的再恢复过程.利用声学吸收段首先将一个稳定的爆轰波衰减,于是产生一个非稳定爆轰波,速度降为45%～60%DCJ.该非稳定爆轰波传出声学吸收段后再次加强,并在距声学吸收段出口端一定距离处突然发展成超驱动爆轰.实验利用烟迹技术捕捉了爆轰波从发生衰减到再次加强的全过程,获得了爆轰波再加强距离随初压变化的实验规律.由此,本文建立了再加强段内加速传播火焰的理论模型,称为激波-爆燃波复合态,并解释了火焰加速和超驱动爆轰形成的机理.

氢氧爆轰直接起始的射流点火方法研究

为探讨氢氧爆轰驱动激波风洞中的高氢混合比氢氧混合气直接爆轰的点火方法，对射流点火管的点火能力进行实验研究发现，点火管长度是决定射流点火能力的关键因素，射流点火能力随点火管长度的增加而增强。点火管与爆轰管之间无隔膜，结构简单，操作方便。同时观察了点火管中增添孔板对射流点火能力的影响，发现障碍物对射流点火能力具有减弱作用。