超音速来流中爆轰波衍射和二次起爆过程研究

预爆管技术被广泛地应用在爆轰波发动机的起爆过程中,但是在超音速来流中基于预爆管技术起始爆轰波的研究并未被广泛地开展。基于此,本文中数值研究了横向超音速来流对半自由空间内爆轰波的衍射和自发二次起爆、及管道内的衍射和壁面反射二次起爆两种现象的影响。数值模拟的控制方程为二维欧拉方程,空间上使用五阶WENO格式进行数值离散,采用带有诱导步的两步链分支化学反应模型。所模拟的爆轰波具有规则的胞格结构,对应于用惰性气体高度稀释过的可爆混合物中形成的爆轰波。结果表明:在半自由空间内,在本文所模拟的几何尺寸下,爆轰波并未成功发生二次起爆现象,但是爆轰波的自持传播距离随着横向超音速来流强度的增强而增加。在核心的三角形流动区域外,波面诱导产生了更多的横波结构;在管道内,横向的超音速来流在逆流侧对出口气流产生了压缩作用,能有效提高波面压力,因此反射后的激波压力也比较高。在同样的几何尺寸下,爆轰波在静止和超音速(Ma=2.0)气流中分别出现了二次起爆失败和成功两种现象,这是由于在超音速来流中化学反应面的褶皱诱导产生了横波结构,横波与管壁以及其他横波之间的碰撞提高了前导激波的强度,并最终促进了爆轰波在超声速流主管道内的成功起始。

轴向超音速来流下超音通流风扇叶型气动特性研究

为研究轴向超音通流风扇(STFF)叶栅的变工况性能,开展了轴向超音速来流对稠度为3.32的STFF典型叶型气动性能影响的数值研究。结果表明:整体上,相较于攻角,来流马赫数对总压损失系数、静压比、负荷系数以及出口气流角的影响较小。当来流马赫数从1.58增大至2.36时,叶型总载荷略有减小,总损失则逐渐增加,且总损失变化主要源于通道损失的变化。另外,相比于激波损失与钝损失,黏性损失受马赫数的影响较小,其变化约占总损失变化的20%。叶片吸力面附面层分离尺度随着来流马赫数的增加而减弱,这是因为前缘激波压力侧分支与相邻叶片吸力面的交点随着马赫数的增加逐渐向下游移动,导致激波角减小、波前马赫数增加,但在两者的综合作用下激波强度降低。