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脉冲爆轰发动机作为一种新概念热力推进装置,以其优越的热力性能、简单的系统结构和低廉的制造成本可能在未来飞行器的推进系统方面有着诱人的应用前景。通过开展理论分析和数值模拟,本文系统地研究了脉冲爆轰发动机中爆轰胞格结构的演化过程,深入了解了胞格爆轰传播的发展机制;此外数值模拟了实际工况尺度下脉冲爆轰发动机热力循环过程,理清了其工作循环中进气-点火-爆轰-排气等过程运行的规律及特点及其影响发动机性能的主要因素。
论文的主要研究成果如下:
1)应用频散可控耗散格式和基元反应模型模拟了二维爆轰波在变截面管道中的传播过程;研究了由于流动压缩和膨胀的影响,近壁面区域爆轰波横波和胞格的演变规律;通过分析爆轰波后气体组分变化、化学反应速率、反应区尺度和热力学参数,探讨了两种异常爆轰波的传播机制及其化学反应、反射激波和稀疏波在这种异常爆轰波发展和胞格演化过程的作用。
2)采用基于有限速率基元化学反应模型的网格自适应有限体积方法,数值模拟以实际工况尺度下脉冲爆轰发动机的热力循环过程,研究了动态充气条件和充气状况对脉冲爆轰发动机推进性能的影响。结果表明,以氢为燃料的等截面爆轰管冲量在某一比例合适的部分填充时达到最大。而当脉冲爆轰循环连续进行时,对于不同排气时间的控制,对脉冲爆轰发动机的热循环效率有一定的影响。