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RP3航空煤油斜爆轰发动机试验研究

韩信 张文硕 张子健 苑朝凯 韩桂来 刘云峰

韩信,张文硕,张子健,等. RP3航空煤油斜爆轰发动机试验研究[J]. 实验流体力学,2022,36(X):1-8 doi: 10.11729/syltlx20220090
引用本文: 韩信,张文硕,张子健,等. RP3航空煤油斜爆轰发动机试验研究[J]. 实验流体力学,2022,36(X):1-8 doi: 10.11729/syltlx20220090
HAN X,ZHANG W S,ZHANG Z J,et al. Experimental study on RP3 aviation kerosene oblique detonation engine[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2022,36(X):1-8. doi: 10.11729/syltlx20220090
Citation: HAN X,ZHANG W S,ZHANG Z J,et al. Experimental study on RP3 aviation kerosene oblique detonation engine[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2022,36(X):1-8. doi: 10.11729/syltlx20220090

RP3航空煤油斜爆轰发动机试验研究

doi: 10.11729/syltlx20220090
基金项目: 国家自然科学基金(11672312)
详细信息
    作者简介:

    韩信:(1996—),男,(汉族),河南平舆人,博士研究生。研究方向:斜爆轰与斜爆轰推进。通信地址:福建省厦门市翔安区翔安南路厦门大学翔安校区(361102)。E-mail:hanxin15@foxmail.com

    通讯作者:

    E-mail:liuyunfeng@imech.ac.cn

  • 中图分类号: O381;V430

Experimental study on RP3 aviation kerosene oblique detonation engine

  • 摘要: 在高马赫数飞行条件下,斜爆轰发动机热力学循环效率高,燃烧室长度短,是近些年国内外研究热点。但是,目前斜爆轰发动机试验研究都是使用氢气或者乙烯燃料,还没有航空煤油的试验结果。为了研究RP3航空煤油在斜爆轰发动机上的应用可行性,在JF-12激波风洞上开展了冷态RP3航空煤油斜爆轰发动机自由射流试验研究,JF-12激波风洞有效试验时间50 ms。针对航空煤油点火延迟时间长的难点,提出了鼓包强制起爆新技术。模拟了飞行马赫数9的状态,试验气流总温3800 K,平均当量比为0.9。试验中获得了稳定的斜爆轰波,证明了RP3航空煤油在斜爆轰发动机上的应用可行性。
  • 图  1  斜爆轰发动机示意图(a)外喷射型(b)内喷射型

    Figure  1.  Schematic of oblique detonation engine (a) External injection (b) Internal injection

    图  2  斜爆轰发动机几何结构

    Figure  2.  The oblique detonation engine model

    图  3  小支板结构

    Figure  3.  The structure of strut

    图  4  斜爆轰发动机模型和小支板照片

    Figure  4.  The pictures of oblique detonation engine model and two struts

    图  5  满足当量比的氢气/空气和航空煤油/空气的点火延迟时间

    Figure  5.  The ignition delay time of stoichiometric H2/air and kerosene/air at 0.1 MPa

    图  6  氢气/空气斜爆轰的诱导区长度(Test 20190710)

    Figure  6.  The induction length of H2/air oblique detonation (Test 20190710)

    图  7  斜爆轰波强制起爆原理图 (a)自然起爆过程 (b)鼓包强制起爆过程

    Figure  7.  Schematic of ODW induced by a wedge with a small bump(a)conventional initiation(b)bump forced initiation

    图  8  发动机燃烧室照片

    Figure  8.  The combustor with a bump

    图  9  航空煤油/空气斜爆轰波的非定常起爆过程(Test 20220110)

    Figure  9.  The transient initiation process of RP3/air oblique detonation (Test 20220110)

    图  10  氢气/空气斜爆轰波的非定常起爆过程(Test 20190710)

    Figure  10.  The transient initiation process of H2/air oblique detonation (Test 20190710)

    图  11  斜爆轰波和斜激波的纹影照片(Test 20220110/ Test 20220114)

    Figure  11.  The flow field of oblique detonation and oblique shock wave(Test 20220110/ Test 20220114)

    图  12  燃烧室上下壁面压力分布(Test 20220105)

    Figure  12.  The pressure distribution along the combustor wall(Test 20220105)

    图  13  CJ爆轰波在不同初始温度下的压比

    Figure  13.  Pressure ratio of CJ detonation under different static temperature

    图  14  航空煤油/空气和氢气/空气斜爆轰波压比的比较(Test 20220110/ Test 20190710)

    Figure  14.  The pressure distribution along the combustor wall(Test 20220110/ Test 20190710)

    表  1  风洞试验参数

    Table  1.   The experimental parameters

    CasesTotal temperature
    (K)
    Total pressure
    (MPa)
    Static
    Temperature
    (K)
    Static pressure
    (Pa)
    Free stream
    Mach number
    Free stream
    velocity (m/s)
    Test 2022010538674.094858396.532884
    Test 2022011038654.084848296.542884
    Test 2022011238604.064838246.542882
    Test 2022011437993.784747686.552857
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  • [1] DUNLAP R,BREHM R L,NICHOLLS J A. A preliminary study of the application of steady-state detonative combustion to a reaction engine[J]. Journal of Jet Propulsion,1958,28(7):451-456. doi: 10.2514/8.7347
    [2] MORRISON R B. Evaluation of the oblique detonation wave ramjet[R]. NASA TR-145358, 1978.
    [3] MORRISON R B. Oblique detonation wave ramjet[R]. NASA CR-159192, 1980.
    [4] OSTRANDER M J, HYDE J C, YOUNG M F, et al. Standing oblique detonation wave engine performance[R]. AI AA-87-2002, 1987.
    [5] PRATT D, HUMPHREY J, GLENN D. Morphology of a standing oblique detonation wave[C]//Proc of the 23rd Joint Propulsion Conference. 1987. doi: 10.2514/6.1987-1785
    [6] PRATT D T,HUMPHREY J W,GLENN D E. Morphology of standing oblique detonation waves[J]. Journal of Propulsion and Power,1991,7(5):837-845. doi: 10.2514/3.23399
    [7] 王兵,谢峤峰,闻浩诚,等. 爆震发动机研究进展[J]. 推进技术,2021,42(4):721-737.

    WANG B,XIE Q F,WEN H C,et al. Research progress of detonation engines[J]. Journal of Propulsion Technology,2021,42(4):721-737.
    [8] 马凯夫,张子健,刘云峰,等. 斜爆轰发动机流动机理分析[J]. 气体物理,2019,4(3):1-10.

    MA K F,ZHANG Z J,LIU Y F,et al. Flow mechanism of oblique detonation engines[J]. Physics of Gases,2019,4(3):1-10.
    [9] 张子健. 斜爆轰推进理论、技术及其实验验证[D]. 北京: 中国科学院大学, 2020.

    ZHANG Z J. Theory, technology and experimental verification of oblique detonation propulsion[D]. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences, 2020.
    [10] 韩信,刘云峰,张子健,等. 提高高马赫数超燃冲压发动机推力的理论方法[J]. 力学学报,2022,54(3):633-643.

    HAN X,LIU Y F,ZHANG Z J,et al. The theoretical method to increase the thrust of high Mach number scramjets[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2022,54(3):633-643.
    [11] RUBINS P M,RHODES R P. Shock-induced combustion with oblique shocks, comparison of experiment and kinetic calculations[J]. AIAA Journal,1963,1(12):2778-2784. doi: 10.2514/3.2172
    [12] RUBINS P M,BAUER R C. Review of shock-induced supersonic combustion research and hypersonic applications[J]. Journal of Propulsion and Power,1994,10(5):593-601. doi: 10.2514/3.23768
    [13] STERLING J, CUMMINGS E, GHORBANIAN K, et al. Oblique detonation wave studies in the Caltech T-5 Shock Tunnel Facility[C]//Proc of the 8th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. 1998. doi: 10.2514/6.1998-1561
    [14] 林志勇. 高静温超声速预混气爆震起爆与发展过程机理研究[D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2008.

    LIN Z Y. Research on detonation initiation and development mechanisms in elevated temperature supersonic premixed mixture[D]. Changsha: National University of Defense Technology, 2008.
    [15] 韩旭. 超声速预混气中爆震波起爆与传播机理研究[D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2013.

    HAN X. Research on detonation initiation and propagation mechanisms in supersonic premixed flows[D]. Changsha: National University of Defense Technology, 2013.
    [16] GONG J S, ZHANG Y N, PAN H, et al. Experimental investigation on initiation of oblique detonation waves[C]//Proc of the 21st AIAA International Space Planes and Hypersonics Technologies Conference. 2017. doi: 10.2514/6.2017-2350
    [17] ROSATO D A,THORNTON M,SOSA J,et al. Stabilized detonation for hypersonic propulsion[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2021,118(20):e2102244118. doi: 10.1073/pnas.2102244118
    [18] 张子健,韩信,马凯夫,等. 斜爆轰发动机燃烧机理试验研究[J]. 推进技术,2021,42(4):786-794.

    ZHANG Z J,HAN X,MA K F,et al. Experimental research on combustion mechanism of oblique detonation engines[J]. Journal of Propulsion Technology,2021,42(4):786-794.
    [19] ZHANG Z J,WEN C,YUAN C K,et al. An experimental study of formation of stabilized oblique detonation waves in a combustor[J]. Combustion and Flame,2022,237:111868. doi: 10.1016/j.combustflame.2021.111868
    [20] 韩信,张文硕,张子健,等. 鼓包诱导斜爆震波的数值研究[J]. 推进技术,2022,43(5):190-201.

    HAN X,ZHANG W S,ZHANG Z J,et al. Numerical study of oblique detonation waves induced by a bump[J]. Journal of Propulsion Technology,2022,43(5):190-201.
    [21] 韩信. 斜爆轰推进中的起爆与驻定问题研究[D]. 北京: 中国科学院大学, 2022.
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-06
  • 录用日期:  2022-10-19
  • 修回日期:  2022-10-17
  • 网络出版日期:  2022-11-15

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日