李清安,王可,范瑋,楊海,韓俊德,黃顆,康健,高雅青,江余敏

(1.四川航天系統(tǒng)工程研究所,四川 成都 610100; 2.西北工業(yè)大學(xué) 動(dòng)力與能源學(xué)院,陜西 西安 710129;3.陜西省航空動(dòng)力系統(tǒng)熱科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710129)

爆震因燃燒速度極為迅速,導(dǎo)致產(chǎn)物來(lái)不及膨脹而產(chǎn)生增壓[1]。多年來(lái),研究人員致力于將此增壓燃燒特性應(yīng)用于噴氣推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng),以期大幅提升現(xiàn)有動(dòng)力,如沖壓、渦噴、渦扇等以等壓燃燒方式工作的發(fā)動(dòng)機(jī)熱循環(huán)效率[2-3]。

脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)(pulse detonation engine,PDE)利用間歇式爆震燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)猥@得推力,是為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)而構(gòu)想出的相對(duì)成熟的動(dòng)力方案之一[4-6]。PDE的工作原理決定了其產(chǎn)生的推力不連續(xù)。為加強(qiáng)PDE工作穩(wěn)定性并適當(dāng)提升推力,提高其工作頻率一直都是重要的研究方向[7]。經(jīng)數(shù)十年努力,研究人員已能夠在脈沖爆震燃燒室(pulse detonation combustor,PDC)中使用液態(tài)碳?xì)淙剂嫌行У亟M織高頻脈沖爆震燃燒[7-10]。然而,PDC工作時(shí)周期性地產(chǎn)生顯著高于上游來(lái)流的高壓,驅(qū)動(dòng)著工質(zhì)逆流前傳,將造成較大的推力損失。

為解決該問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要采取了2種策略。一是采用機(jī)械節(jié)流,即通過(guò)機(jī)械作動(dòng),物理地隔絕PDC與上游流道。隨著排氣的進(jìn)行,待PDC內(nèi)部壓力下降至一定值后,機(jī)械裝置再次作動(dòng),使PDC與上游流道重新聯(lián)通,恢復(fù)供氣。機(jī)械節(jié)流策略可通過(guò)各種形式的機(jī)械閥實(shí)現(xiàn),包括:①靠外部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),如電磁鐵、電機(jī)等驅(qū)動(dòng)的球閥[11]、電磁閥[12]或旋轉(zhuǎn)閥[13];②靠?jī)?chǔ)能元件與工質(zhì)壓差驅(qū)動(dòng)的簧片閥[14-15]、單向閥[16]或活塞[17];③依靠高壓氣驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)閥[18]。以上方案中,為滿足作動(dòng)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度,依靠閥芯往復(fù)式作動(dòng)的機(jī)械閥難以克服大流通面積與高頻作動(dòng)需求間的矛盾。連續(xù)作動(dòng)的旋轉(zhuǎn)閥不僅需要額外的驅(qū)動(dòng)裝置,而且面臨著氣流密封以及時(shí)序控制難題。這對(duì)旋轉(zhuǎn)閥的設(shè)計(jì)、加工、裝配均提出了很高的要求。另一種策略是氣動(dòng)抑制,它不包含任何作動(dòng)機(jī)構(gòu),完全依賴氣流與流道間的相互作用來(lái)抑制反流。氣動(dòng)抑制策略通過(guò)異形流道實(shí)現(xiàn)單向閥的功能,即正向進(jìn)氣流阻小、逆向流阻大。其中,流道短小的可稱為氣動(dòng)閥,而流道稍長(zhǎng)的可稱為隔離段。南京航空航天大學(xué)早年對(duì)氣動(dòng)閥式的PDE開(kāi)展了大量實(shí)驗(yàn)研究[19-20],設(shè)計(jì)優(yōu)化了各種形式的旋流器、鈍體或其組合。較近的研究[13,21]已能夠在自由射流條件下,采用液態(tài)燃料組織15～30 Hz的脈沖爆震燃燒,但獲取的推力數(shù)值仍不夠理想。西北工業(yè)大學(xué)的邱華[22]、彭暢新等[14]對(duì)Bertin整流器式[23]、Venturi形式與回流式[14]氣動(dòng)閥進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,與來(lái)流方向呈銳角布置的刺型結(jié)構(gòu)在削減反壓時(shí)具有突出效果。然而,在以上研究中,采用單一構(gòu)型的氣動(dòng)閥形式均未能有效抑制PDC反流,表明短小流道的反流抑制能力不足。盧杰[24]轉(zhuǎn)而嘗試將不同形式的氣動(dòng)閥組合從而構(gòu)成長(zhǎng)流道的隔離段,得到的最優(yōu)組合結(jié)構(gòu)中,PDC上游流道的長(zhǎng)度約為PDC長(zhǎng)度的1.2倍,導(dǎo)致PDE的軸向長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng),難以得到實(shí)際應(yīng)用。Wang等[25]著重對(duì)多級(jí)刺肋結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬,考慮了刺肋結(jié)構(gòu)的角度、阻塞比等,認(rèn)為該結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)一步優(yōu)化。

上述研究均側(cè)重于將反流約束于主流,忽視了疏導(dǎo)、分散反壓的技術(shù)途徑。為此,文獻(xiàn)[26]提出了一種可利用外涵道疏導(dǎo)反流,且在主流布置多級(jí)刺肋結(jié)構(gòu)(可視為一種簡(jiǎn)化的Tesla閥[27])的抑制方案,該數(shù)值模擬研究結(jié)果表明,上述結(jié)構(gòu)在削減反壓峰值方面作用突出。鑒于對(duì)類似結(jié)構(gòu)開(kāi)展的研究多為數(shù)值模擬,同時(shí)為佐證文獻(xiàn)[26]中的方案,本研究進(jìn)一步對(duì)該方案開(kāi)展單次脈沖爆震實(shí)驗(yàn)研究,設(shè)計(jì)出10種隔離段組合,測(cè)量了反壓峰值以及離子信號(hào)沿程的分布,嘗試定量描述出各類結(jié)構(gòu)抑制反壓反流的能力,以得到最佳的隔離段結(jié)構(gòu)組合方案。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)試方法

1.1 隔離段組合設(shè)計(jì)方案

本研究設(shè)計(jì)出如圖1所示的組合式隔離段組(A組),分別由1倍或1.5倍PDC直徑的直管(1D或1.5D)、Venturi管、中心錐(cone,C)、外涵泄壓孔(slit,S)以及簡(jiǎn)化的Tesla閥的一個(gè)或多個(gè)組成。為方便敘述,用1D或1.5D、V、C、S以及T進(jìn)行標(biāo)記。如圖1d)的CVST表示反流將依次經(jīng)過(guò)中心錐、Venturi管、外涵泄壓孔以及簡(jiǎn)化的Tesla閥。基準(zhǔn)組為C-1D,由中心錐和1倍PDC直徑的直管組成。在圖1中,隔離段的左端為上游,右端為下游。故來(lái)流自左向右的流動(dòng)為正向流動(dòng)方向。將圖1中各隔離段中的中心錐去掉,可得到圖2所示的5種隔離段構(gòu)型(B組)。本文對(duì)2組共10種隔離段中的反流傳播特性進(jìn)行了研究。

圖1 組合式隔離段構(gòu)型(A組)

圖2 組合式隔離段構(gòu)型(B組)

1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與測(cè)試方法

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖3所示,由隔離段、PDC、燃料/氧化劑供給系統(tǒng)以及對(duì)應(yīng)的測(cè)控系統(tǒng)組成。如前所述,被測(cè)試的隔離段分A、B組,每組各5種結(jié)構(gòu),分別包括1個(gè)基準(zhǔn)構(gòu)型與4個(gè)對(duì)照構(gòu)型。A組的基準(zhǔn)構(gòu)型為C-1D,B組的基準(zhǔn)構(gòu)型為1D。PDC分別由點(diǎn)火段、DDT爆震增強(qiáng)段以及爆震傳播段組成,總長(zhǎng)750 mm,內(nèi)徑24 mm。DDT爆震增強(qiáng)段內(nèi)采用Shchelkin螺旋作為爆震增強(qiáng)裝置。采用高壓氣瓶的供給方式,燃料和氧化劑從高壓氣瓶引出后,分別經(jīng)截止閥I、調(diào)壓閥、電磁閥I與截止閥II后,流入氣體質(zhì)量流量控制器。經(jīng)調(diào)節(jié)后的燃料與氧化劑再分別經(jīng)過(guò)電磁閥II后流入混合室,預(yù)混后的混合物最后經(jīng)過(guò)止回閥后被注入至PDC中。選擇氣態(tài)乙烯與40%富氧空氣作為實(shí)驗(yàn)用的燃料和氧化劑。此可燃混合物相對(duì)易于組織爆震燃燒,且在安全性方面顯著優(yōu)于原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中常用的氫氣與純氧。氣體質(zhì)量流量控制器通過(guò)電流控制,流量示數(shù)的精度為0.8%。其他控制系統(tǒng)主要用于遠(yuǎn)程控制電磁閥的作動(dòng)及火花塞點(diǎn)火。

圖3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

測(cè)試系統(tǒng)基于采樣頻率為200 kHz、16位A/D數(shù)字采集儀。采集的信號(hào)包括:①隔離段中的反壓信號(hào),采集自KELLER PA-21Y壓阻式傳感器(標(biāo)稱1.0精度等級(jí)),在圖中按反流傳播方向,用R1～R10表示;②隔離段中反流的離子信號(hào),采集自離子探針,可用的測(cè)量點(diǎn)在圖中用綠色小點(diǎn)標(biāo)出;③爆震波傳播段的壓力信號(hào),采集自CY-YD-205壓電式傳感器(標(biāo)稱1.0精度等級(jí)),用P1～P3表示。為便于展示軸向不同位置的測(cè)量結(jié)果,選取點(diǎn)火段與DDT段的法蘭重合面所在位置為x軸的零點(diǎn)(圖3中紅色三角形指示處),下游的DDT段與爆震傳播段的x取為正值,上游取負(fù)。當(dāng)采用圖1中的隔離段結(jié)構(gòu)(A組)時(shí),R1與R2之間的距離為(75.5+Lc)mm。其中,Lc為安裝中心錐后需要延伸的軸向長(zhǎng)度,長(zhǎng)約40 mm。而采用圖2的隔離段結(jié)構(gòu)(B組)時(shí),Lc=0 mm。此外,圖3中還給出了各傳感器間的安裝間距,以便計(jì)算壓力波的平均傳播速度。

圖4為隔離段的剖視圖,圖中的紅色箭頭指示了測(cè)壓孔具體的布置位置。R2傳感器測(cè)量Venturi管的喉道處的壁面壓力,R3～R6可直接伸入到簡(jiǎn)化的Tesla閥中,測(cè)量相應(yīng)位置處的壁面壓力,且不影響外涵道工質(zhì)的流通。為了防止可燃混合物被填充至隔離段中,在點(diǎn)火段最前端的法蘭端面處夾持(0.04±0.002)mm厚的薄膜(如圖4中藍(lán)色圓片所示)。實(shí)驗(yàn)時(shí),保持隔離段進(jìn)口與大氣聯(lián)通,待可燃混氣向PDC建立通路15 s后才開(kāi)始點(diǎn)火。這一方面避免瞬時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)產(chǎn)生的氣錘效應(yīng)對(duì)測(cè)量過(guò)程的影響,另一方面也能夠確保PDC中混合物組分按要求的配比進(jìn)行填充。當(dāng)爆震波形成后,產(chǎn)生的高壓可輕易穿破薄膜,反壓反流得以在隔離段中傳播。再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),需重新安裝新的薄膜。

圖4 隔離段剖視圖及傳感器(R1～R3)的安裝位置示意圖

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法與不確定度分析

2.1 爆震波的判定與反壓傳播速度的確定

采用飛行時(shí)間法(time of flight)估算壓力波的平均傳播速度,即判定壓力信號(hào)通過(guò)指定位置傳感器的特征時(shí)刻,然后根據(jù)傳感器間的距離與各特征時(shí)刻的差值來(lái)計(jì)算壓力波的傳播速度。由P1～P3測(cè)得的典型脈沖爆震波壓力信號(hào)如圖5所示。由于該壓力信號(hào)的上升速度、峰值等信號(hào)特征明顯,故不論采用何種特征時(shí)刻判定方式,對(duì)估算爆震波平均傳播速度的影響均可以忽略。

圖5 典型的脈沖爆震波壓力信號(hào)(1D)

然而,在基于飛行時(shí)間法來(lái)確定反壓傳播速度時(shí),由于確定的特征時(shí)刻的計(jì)算方法存在差異,故估算出的傳播速度亦存在較大差異。圖6為基于同一組反壓數(shù)據(jù),根據(jù)5種特征時(shí)刻統(tǒng)計(jì)方法估算出的反壓平均傳播速度,包括基于信號(hào)上升沿的中值、極值、半極值、信號(hào)上升的起始點(diǎn)以及對(duì)兩相鄰傳感器信號(hào)進(jìn)行相關(guān)分析后的時(shí)間偏移。

圖6 采用不同方法推測(cè)的反壓平均傳播速度

由圖6可知,采用中值與半極值確定統(tǒng)計(jì)特征時(shí)間所計(jì)算出的反壓平均傳播速度幾乎相同。在-450 mm

2.2 壓力峰值與離子探針信號(hào)的統(tǒng)計(jì)

在同一次實(shí)驗(yàn)中,不同位置壓力傳感器記錄的典型信號(hào)如圖7所示。由圖可知,提取壓力的峰值便可很好地反映出反壓的衰減規(guī)律。在相同工況下進(jìn)行多次單次實(shí)驗(yàn),同位置處離子探針記錄的典型信號(hào)如圖8所示。由于自制離子探針未經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的離子濃度標(biāo)定,其輸出的信號(hào)強(qiáng)度僅能定性地表示反流中的離子濃度。在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí),取其極值作為主要的信號(hào)特征。

圖7 同一次點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)中所記錄的反應(yīng)信號(hào)(CVST)

圖8 離子探針信號(hào)(C-1D)

2.3 實(shí)驗(yàn)重復(fù)性驗(yàn)證及不確定度的計(jì)算

實(shí)驗(yàn)時(shí),對(duì)任意組合隔離段重復(fù)5次以上的脈沖爆震波點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)。圖9與圖10分別為采用不同組合隔離段時(shí)采集的爆震波信號(hào)P1以及在CVST構(gòu)型下多次測(cè)量的R1傳感器信號(hào)。由圖可知,多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)獲取的爆震波波型以及相應(yīng)的反壓波型高度相似,表明實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性良好。

圖9 不同隔離段構(gòu)型下采集的P1信號(hào)

圖10 多次測(cè)量采集的R1信號(hào)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,每單次實(shí)驗(yàn)均可獲得反壓的峰值、傳播速度、離子探針信號(hào)峰值以及爆震波的傳播速度等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理過(guò)程中,將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為被測(cè)對(duì)象真值的估計(jì)。假設(shè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布,且具有0.95置信度。采用A類評(píng)定方法評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)不確定度[29],并基于極差法確定標(biāo)準(zhǔn)差,取擴(kuò)展因子為2以計(jì)算擴(kuò)展不確定度。

3 結(jié)果與討論

采用不同的隔離段構(gòu)型時(shí),由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的P2與P3間爆震波平均傳播速度如圖11所示,其中虛線為乙烯/空氣在常溫常壓點(diǎn)火形成的C-J爆震波傳播速度理論值。由圖可知,在安裝了不同隔離段構(gòu)型的PDC中獲得的爆震波傳播速度與理論值相當(dāng),表明在實(shí)驗(yàn)中已獲得了充分發(fā)展的爆震波。

圖11 測(cè)量的爆震波傳播速度與理論值的對(duì)比

圖12為測(cè)得的爆震波典型壓力信號(hào)與采用不同隔離段構(gòu)型時(shí)的典型反壓信號(hào)。由圖可知,R1的典型壓力曲線中均包含2個(gè)波峰。其中,右波峰的形成可能由爆震波觸發(fā)后產(chǎn)生的回爆波所引起。理由是該波峰與圖12上方P1信號(hào)的時(shí)間差Δt約為0.4 ms,而理論計(jì)算出的產(chǎn)物聲速約為1 106.9 m/s,那么在這段時(shí)間內(nèi),回爆波可傳播約442.8 mm。該距離約等于R1與P1的間距437 mm。然而,從圖7可知,R1的右波峰與R2的波峰產(chǎn)生時(shí)刻非常接近,且在R2～R5的壓力信號(hào)中均未出現(xiàn)2個(gè)波峰。所以,右波峰的出現(xiàn),更有可能是在第一道高壓(左波峰)作用于薄膜或者中心錐后,由薄膜破碎或者中心錐反射所形成。另外,考慮到R1測(cè)點(diǎn)位于PDC的點(diǎn)火段,形成2個(gè)波峰的因素可能較多,有待更深入的探究。

圖12 典型爆震波的壓力信號(hào)與R1壓力信號(hào)

反壓在A組隔離段(見(jiàn)圖1)中的平均傳播速度如圖13所示(圖中左側(cè)為上游,右側(cè)為下游)。由圖可知,當(dāng)x<-350 mm時(shí),反壓的傳播速度在不同隔離段中的排序基本確定。注意到反壓傳播速度越慢,意味著抑制反壓傳播的能力越強(qiáng),故按抑制反壓傳播能力排序,由大到小依次應(yīng)為CVST,CVT,CVS-1.5D,CV-1.5D,C-1D。當(dāng)反壓傳播至約0.86倍PDC長(zhǎng)度的距離時(shí),相對(duì)于C-1D型基準(zhǔn)隔離段,CV-1.5D型隔離段由于引入了Venturi管結(jié)構(gòu)與1.5D的直管,擁有更龐大的流動(dòng)空間,更有利于高壓反流的膨脹,反壓的傳播速度下降了12.5%。注意到抑制反壓傳播能力排在前兩位的均包含Tesla閥結(jié)構(gòu)。相對(duì)于無(wú)Tesla閥的CV-1.5D型與CVS-1.5D型隔離段,CVT型與CVST型隔離段中的反壓傳播速度分別下降了40.7%與27.3%,這證明了Tesla閥結(jié)構(gòu)在抑制反壓傳播方面的優(yōu)越性。

圖13 反壓在A組結(jié)構(gòu)中的平均傳播速度

若不在流道中安裝中心錐,反壓在B組結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2)中的平均傳播速度如圖14所示。同樣按抑制反壓傳播能力排序,當(dāng)x<-450 mm時(shí),由大至小依次為:VST,VT,VS-1.5D,V-1.5D,1D。該序列與圖13揭示的規(guī)律類似。當(dāng)反壓傳播了約0.86倍PDC長(zhǎng)度的距離時(shí),反壓在V-1.5D型隔離段中的傳播速度相對(duì)于1D型基準(zhǔn)隔離段下降了約11.1%。而反壓在VT型和VST型隔離段中的傳播速度相較于V-1.5D型與VS-1.5D型隔離段分別降低了56.8%與33.3%。需指出,若比較-450 mm

圖14 反壓在B組結(jié)構(gòu)中的平均傳播速度

反壓峰值在A組隔離段中傳播時(shí)的變化規(guī)律如圖15所示。由圖可知,在不同隔離段中,反壓均隨著傳播的進(jìn)行而衰減。反壓峰值越低,說(shuō)明隔離段削減反壓強(qiáng)度的能力越佳。當(dāng)反壓傳播400 mm后(x<-400 mm,約17倍PDC直徑或0.6倍PDC長(zhǎng)度),可明顯看出不同結(jié)構(gòu)反壓峰值抑制能力的優(yōu)劣,為CVST≈CVS-1.5D>CVT≈CV-1.5D>C-1D。當(dāng)反壓傳播0.86倍PDC長(zhǎng)度的距離時(shí),相較于C-1D型基準(zhǔn)隔離段,反壓峰值在CV-1.5D型隔離段中降低了18.9%。注意到排序前2位的隔離段均包含泄壓小孔結(jié)構(gòu)。相較于無(wú)泄壓小孔的CVT結(jié)構(gòu)與CV-1.5D結(jié)構(gòu),反壓峰值在CVST與CVS-1.5D中分別降低了26.7%與25.0%。

圖15 反壓峰值在A組結(jié)構(gòu)中的變化規(guī)律

反壓峰值在B組隔離段中傳播時(shí)的變化規(guī)律如圖16所示。以各結(jié)構(gòu)中最后一個(gè)傳感器測(cè)得的壓力峰值為基準(zhǔn),按反壓峰值的抑制能力從大到小排序?yàn)?VST,VS-1.5D,V-1.5D,VT,1D。其中,當(dāng)反壓傳播0.86倍PDC長(zhǎng)度的距離時(shí),V-1.5D型隔離段中的反壓峰值相較于1D型基準(zhǔn)隔離段下降了約27.3%。同樣可以看出,擁有泄壓小孔的VST型與VS-1.5D型隔離段中的反壓峰值相較于VT型與V-1.5D型隔離段中的反壓峰值分別降低了約31.4%與9.4%。結(jié)合圖15與圖16可看出,包含泄壓小孔的隔離段結(jié)構(gòu)在反壓峰值抑制方面比較突出,包含1.5D結(jié)構(gòu)的次之。

圖16 反壓峰值在B組結(jié)構(gòu)中的變化規(guī)律

將壓力峰值數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理,可得到相鄰傳感器間壓力關(guān)于傳播距離的衰減率,取算術(shù)均值后的結(jié)果如圖17所示。由圖可定量比較出各結(jié)構(gòu)抑制反壓反流能力的優(yōu)劣為:CVST>CVS-1.5D≈CVT>CV-1.5D>VST>C-1D≈VT>V-1.5D>VS-1.5D>1D。其中,CVST擁有最大的平均衰減率,約為C-1D型基準(zhǔn)隔離段的2倍,而CVS-1.5D與CVT以及C-1D與VT的平均壓力峰值衰減率比較接近。另外,因中心錐充當(dāng)了推力壁的作用,反壓與反流將首先與其作用,故包含中心錐結(jié)構(gòu)抑制反壓的能力顯著優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)相同而無(wú)中心錐的結(jié)構(gòu)。由圖17可知,使用中心錐的隔離段(A組)的平均衰減率比不使用中心錐的隔離段(B組)的平均衰減率至少高約50%。

圖18為離子探針在4種結(jié)構(gòu)中測(cè)得的信號(hào)峰值。由圖可知,離子信號(hào)的強(qiáng)度隨反壓反流傳播距離增加而降低,且在各結(jié)構(gòu)中并未出現(xiàn)明顯區(qū)別。意外的是,即使反壓傳播了600 mm(x=-600 mm,約25倍PDC直徑或0.85倍PDC長(zhǎng)度),仍可探測(cè)出離子信號(hào)。說(shuō)明燃燒后的產(chǎn)物或部分未燃混合物,可跟隨反壓運(yùn)動(dòng)至前端。

4 結(jié) 論

為抑制PDC反流前傳,降低推力損失,本研究立足于氣動(dòng)抑制策略,采用組合式隔離段的抑制方法,創(chuàng)新設(shè)計(jì)出10種不同組合的隔離段,開(kāi)展了反壓傳播規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究,主要結(jié)論如下:

1) 單次脈沖爆震的點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)重復(fù)性良好。采用飛行時(shí)間法確定反壓的傳播速度時(shí),不同特征時(shí)刻判別方法計(jì)算出的結(jié)果存在差異,為更準(zhǔn)確地計(jì)算反壓的傳播速度,推薦使用相關(guān)分析法來(lái)確定特征時(shí)刻。

2) 實(shí)驗(yàn)定量測(cè)定出不同結(jié)構(gòu)對(duì)反壓的抑制作用,當(dāng)反壓傳播約0.86倍PDC長(zhǎng)度范圍內(nèi),相對(duì)于基準(zhǔn)隔離段,Venturi管(V)與1.5倍PDC直徑的直管組合的隔離段中的反壓傳播速度與峰值可分別降低10%與20%;安裝了Tesla閥的隔離段中,反壓傳播速度可再降低27.3%;安裝了泄壓小孔的隔離段可降低25%的反壓峰值;中心錐可大幅提高反壓傳播過(guò)程中的平均衰減率。

3) 10種組合式的隔離段中,由中心錐、Venturi管、外涵泄壓孔以及Tesla閥組合的隔離段結(jié)構(gòu)(CVST)對(duì)反壓峰值與反壓傳播速度擁有最佳的抑制能力。相對(duì)于基準(zhǔn)隔離段,反壓在CVST隔離段中的傳播速度降低了約50%,峰值降低了約40.5%,平均峰值衰減率提升了1倍左右。

限于篇幅,本文僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了所設(shè)計(jì)隔離段抑制反壓的能力,在后續(xù)研究中將討論P(yáng)DE高頻運(yùn)行條件下的反壓抑制能力并測(cè)定各部件的流阻。