旋转爆震发动机作为一种新型爆震发动机,其发展时间并不长。通过查阅资料,了解到美国、俄国、日本、加拿大、波兰、法国等国都开展了研究爆震推进问题方面的工作。
1 早期可行性验证
20世纪60年代初, 苏联拉夫连季耶夫流体力学学院(LIH ) 的Voitsckhovskii[10]首先通过圆盘形试验装置实现了乙炔、氧气预混气的连续旋转爆震。其实验装置如图1。实验采用乙炔、氧气预混气,从内测进入燃烧室,燃烧产物从外周排除。爆震波旋转运动的惯性力,使得圆盘内侧的预混气易于进入流场,但为避免回火,预混气喷注面积需合理设计。实验结果采用速度补偿观测法对燃烧流场进行了拍摄[11]。实验得到了多个爆震波头,当波头个数较少时,其传播速度较大,但也仅约为CJ速度的一半,与爆震燃烧产物的声速相当。25470
图1.Voitsckhovskii试验装置示意图
后来,Mikhailov[12]测量了该实验装置不同径向位置处的压力随时间变化过程,在爆震波传播区域得到了周期性的压力突跃,进一步证实了连续爆震波的存在。
美国方面,1961-1964年间,美国爱德华空军基地委托密西根大学对旋转爆震波发动机的可行性进行了详细的论证[13],实验装置如图2,但实验结果并不令人满意。爆震波仅仅在旋转一周后便消失,无法稳定传播。论文网
图2 美国可行性验证试验示意图
这两个国家早期的实验研究中,受限于当时的科研条件和科学发张水平,遇到了巨大的困难,但也为旋转爆震发动机的研究发展打下了坚实的基础。
2 俄罗斯研究进展
俄罗斯早期研究是针对爆震波机构和传播特性进行的。20世纪70年代以后,Bykovskii[14]等人开始将爆震燃烧用到推力器上,开展了爆震发动机的研究,并取得了丰富的实验成果。Bykovskii等人进行了大量的实验工作,对推进剂喷注压降、推进剂流量、燃烧室构型和燃烧室出口环境压力等因素的影响进行了系统的研究。
3 法国研究进展
法国方面,基于未来频繁的航天运载任务的需要,也已将旋转爆震发动机的研究列入法国国家科技研究中心的未来推进技术项目中[15]。该项目主要由MBDA法国公司、Roxel和CNRS负责研究, CNES提供经费和技术资助。MBDA公司主要负责国内和国际合作, 试图在未来几年内进行全尺寸模型发动机地面试验。目前也取得了一定的成果:在内经100mm燃烧室内实现了气氢、液氧的稳定旋转爆震;在内径330mm的燃烧室内实现了煤油、空气的稳定爆破;对于煤油、氧气组合,在内径50mm燃烧室中,得到了2759N的推力。此外,法国对氢气、液氧两项流转爆震波发动机的应用目的还展开了一些特色研究工作。
4 波兰-日本研究进展
波兰和日本的研究者共同提出了涡轮增强旋转爆震发动机的概念,并申请了国际专利。波兰和日本还针对连续转爆震联合开了实验研究[16]。试验成功起爆并得到了稳定传播的爆震波,并对燃烧室内的高频压力震荡进行了测量。他们还结合数值仿真对爆震波进行了详细的分析。
5 美国研究进展
美国直到21世纪以后,才重启了CRDE的研究。美国普惠公司在2000年左右就开展了RDE实验[17]。但在实验过程中出现了爆震燃烧回火的现象,试验系统被严重损坏,后来便停止了相关研究。2009年。美国空军研究实验室租借了惠普公司的发动机,恢复了该实验系统,重新开始了CRDE的实验研究,且前期已经实现了乙炔、氧气组合的连续旋转爆震。近年来美国德州大学阿灵顿分校也展开了相关项目的研究,也取得了不错的进展[18]。
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