填充系数对脉冲爆轰发动机爆轰噪声影响的实验研究

为探索不同填充系数下气液两相脉冲爆轰发动机爆轰噪声特点,搭建了能够准确调节气液两相脉冲爆轰发动机填充系数的噪声测试实验系统,对800 mm和3000 mm处不同角度下脉冲爆轰发动机爆轰噪声特性进行了研究。结果表明,随着填充系数的增加,冲击噪声幅值与射流噪声幅值随之增大,但射流噪声幅值与冲击噪声幅值的比值降低;在爆燃与爆轰的转折点,冲击噪声幅值与射流噪声幅值显著增加;爆燃阶段下的冲击噪声幅值与射流噪声幅值增加速率小于爆轰阶段;随着距离的增加,填充系数对冲击噪声与射流噪声的增强作用有所减弱,冲击噪声的衰减速度快于射流噪声;随着填充系数的增加,当距离较小时指向性明显,当距离较大时指向性不明显。      

多管PDE爆轰噪声传播过程物理特性实验研究

为研究多管脉冲爆轰发动机爆轰噪声传播过程及声波物理特性,对单管至四管脉冲爆轰发动机爆轰噪声物理特性开展实验研究,获得了多管脉冲爆轰发动机爆轰噪声的波形、声压衰减规律、辐射特性、持续时间和频谱特性等物理参数.结果表明,在管口区域,爆轰噪声峰值衰减较快,在远离管口区域,衰减速率逐渐放缓.随着爆轰管数量的增加,爆轰峰值噪声在...     

基于多谱线吸收光谱技术的脉冲爆轰发动机管外流场测试研究

根据时-空守恒元算法得到的脉冲爆轰发动机管外流场分布结果,针对燃气流场分布进行了重建模型假设,给出了一种基于多谱线吸收光谱技术的爆轰发动机管外流场燃气参数测试方法,并对重建模型偏差及计算方法误差进行了仿真研究。针对80 mm口径无阀式气液两相连续脉冲爆轰发动机设计搭建了爆轰燃气管外流场测试系统,通过10 kHz高频扫描四条H₂O吸收谱线采用直接吸收法结合时分复用技术同时对爆轰燃气流场进行扫描测试,实现了脉冲爆轰发动机管外流场的在线监测,并通过多点同时测试首次对管外流场燃气温度分布进行了重建,验证了测试方法的可行性。本研究为拓展激光吸收光谱技术应用于爆轰领域全方面诊断提供了实验支撑,对推进爆轰机理研究、爆轰噪声影响因素及噪声控制研究具有重要意义。     

不同角度圆锥冲击射流的噪声特性研究

本文针对射流冲击不同角度圆锥体的噪声特性进行了研究。通过声学测量实验获得了总声压级和噪声频谱等声学数据,分析结果表明,锥角对冲击射流噪声特性的影响随着冲击距离的变化而变化。同时,对冲击射流的流场进行了数值模拟,结合流场模拟结果与声场测量结果,对不同冲击距离与圆锥角度下冲击射流的主要噪声源进行了分析。此外,还进行了噪声指向性研究,给出了不同冲击距离、监测点位置及圆锥角度下冲击射流总声压级的分布情况。     

隔板深度对激波聚焦起爆影响的数值模拟研究

考虑几何结构参数对激波聚焦触发爆轰波的复杂影响,对H2/Air预混气的环形射流激波聚焦起爆现象开展了数值模拟研究,详细分析了不同隔板深度条件下的激波聚焦过程、流场演化特征以及爆轰波参数变化规律。研究结果表明,凹腔内激波聚焦诱导的局部爆炸以及隔板前缘处射流形成"卷吸涡"是引起爆轰波触发的两个重要机制,而隔板深度是影响环形射流激波聚焦起爆性能的关键因素。随着隔板深度的增加,凹腔内激波聚焦的强度逐步增强,回传的能量损失有所减小,进而导致爆燃转爆轰的距离与时间显著缩短。此外,当隔板深度由1 mm逐渐增加至3 mm时,爆轰波自持传播稳定性呈现出先降低后升高的变化趋势,产生这一现象的主要原因是爆轰波强度与三波点运动的相互作用。     

基于双光路吸收光谱技术的气液两相爆轰燃气诊断技术研究

对爆轰燃气准确有效地检测可以为探索爆轰形成机理以及提升爆轰发动机工作效率提供数据支撑。提出了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术结合双光路互相关算法的气液两相爆轰燃气速度、温度和组份浓度同时在线测量方法,针对口径80mm无阀式脉冲爆轰发动机设计并搭建了双光路光学测试系统,通过50kHz高频扫描1 343nm波段H2O吸收谱线完成对爆轰燃气速度、温度及H2O气体浓度的在线诊断。测试结果表明光学测试系统可以实现对瞬态爆轰过程燃气变化特征的细致分析,单个爆轰过程持续时间为85ms,爆轰循环过程中爆轰波速度最高达到1 172m·s-1,爆轰燃气最高温度达到2 412K,爆轰燃气中H2O气体浓度维持在0~7%之间;爆轰过程中出现了短暂的速度平台与温度平台。     

气相DDT中过爆轰现象产生条件的实验研究

针对目前国际上关于气相过爆轰产生条件的3种不同观点,利用压力传感器,实验研究了氢氧混合物的爆燃转爆轰(DDT)全过程。获得了比较完整的、能反映气相DDT从爆燃成长为过爆轰再衰减为稳定爆轰的全过程压力变化曲线。分析实验结果表明,氢氧混合物的DDT过程中,过爆轰的产生需要一定条件;在初始压力一定的情况下,氢氧混合物DDT过程的转变时间或距离随氢气浓度的增加,先减小后增大,过爆轰的压力峰值约为稳定爆轰压力的1.5～2倍。     

涡轮导向器对旋转爆轰波传播特性影响的实验研究

为了研究涡轮导向器对旋转爆轰波传播特性的影响,以氢气为燃料,空气为氧化剂,在不同当量比下开展了实验研究.基于高频压力传感器及静态压力传感器的信号,详细分析了带涡轮导向器的旋转爆轰燃烧室的工作模式以及涡轮导向器对非均匀不稳定爆轰产物的影响.实验结果表明:在当量比较低时,爆轰燃烧室以快速爆燃模式工作;逐渐增大当量比,爆轰燃烧室开始以不稳定旋转爆轰模式工作;继续增大当量比,爆轰燃烧室以稳定旋转爆轰模式工作,且旋转爆轰波的传播速度和稳定性均随当量比的增大逐渐提高.爆轰波下游的斜激波与涡轮导向器相互作用,涡轮导向器对压力振荡的幅值具有明显的抑制作用,但对压力振荡频率的影响较小.随着当量比的增大,涡轮导向器上下游的静压均同时增大,经过涡轮导向器的作用,涡轮下游静压明显降低.     

偏流板距离对亚声速射流冲击宽频噪声特性的影响

通过全消声室实验研究了不同冲击距离(L)下亚声速射流宽频噪声特性。利用远场传声器获得L=30D～2D (D为喷口直径)的噪声数据,并详细分析了频谱特性。试验结果表明,减小冲击距离:(1)上游所有频段的噪声都明显上升,极角α=120°总声压级(OASPL)在L <10D时增加了10～17 dB;(2)下游α=30°的噪声能量向低频转移,且频谱在L <10D时变化不明显;(3)偏流板产生噪声的中、高频段对边线影响较小, α=90°的频谱迅速衰减,在L <10D时形成陡峭的峰值。研究证实在噪声最强的方向(α=120°),随冲击距离的减小偏流板贡献的噪声功率占比呈线性增加。冲击距离小于势流核时,偏流板贡献大部分噪声能量, L=7D～5D时占比超过80%。另外射流冲击产生的噪声指向性明显,冲击噪声和后缘分离噪声在不同方向取得主导地位,相应频谱分别在上游和下游呈现高频主导和低频占优的特性。     

二维平行桨涡干扰气动噪声特性分析

深入理解桨-涡干扰脉冲噪声特性对其噪声的控制具有重要意义。采用气动噪声直接法对低马赫数条件下的二维平行桨-涡干扰气动噪声进行了数值计算,分析了噪声的产生机理和传播、衰减规律。结果表明:当旋涡接近和经过翼型前缘时,翼型前缘附近压强发生强度不同的两次突变,导致翼型气动力变化的同时,向外辐射产生具有偶极子指向性的脉冲声波,其中较弱的一次压强突变能更有效率地辐射声波;通过对4种不同来流速度的声场进行分析,发现上、下远场声压峰值和传播距离成反比,和来流速度的三次方与升力系数波动幅值之积成正比,由此得出了远场声压峰值计算公式,为桨-涡干扰远场声压的预测提供了另一种途径。