發(fā)現(xiàn)在從中心源徑向發(fā)出的超音速流中駐定的穩(wěn)態(tài)爆震的 存在。在穩(wěn)定爆震解的存在和結(jié)構(gòu)中，入流的情況，諸如混合物的停滯焓和入流的馬赫數(shù)， 可以在爆震波的穩(wěn)定性中發(fā)揮作用。取決于所述參數(shù)，人們或者可以沒有穩(wěn)態(tài)問題的解，或 者可以有它的一個或兩個解。在兩個穩(wěn)定解共存的情況下，所述解中的一個可以對應(yīng)于相 對較小的爆震半徑，而另一個對應(yīng)于較大的半徑。這兩種類型的解可以具有明顯不同的結(jié) 構(gòu)。小半徑的解可以具有方波狀結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)具有約是穩(wěn)定平面ZND解長度的100倍的 大感應(yīng)區(qū)（induction zone)。與此相反，大半徑的解沒有明顯的感應(yīng)區(qū)。
[0033] 此外，例如通過對二維反應(yīng)歐拉方程進行數(shù)值積分，穩(wěn)態(tài)解的穩(wěn)定性可以被確定 并且爆震的動力學(xué)可以被計算。作為初始條件，無論是方波狀還是常規(guī)的穩(wěn)定解都在下面 進行了考慮。可以得到在幾十個穩(wěn)定半反應(yīng)時間的時間尺度上的快速崩解，以及在幾百個 相同時間單位的尺度上的緩慢膨脹。大半徑的解可以導(dǎo)致非常緩慢的膨脹爆震，其中，元胞 結(jié)構(gòu)在任何顯著膨脹發(fā)生之前迅速地形成。這些膨脹爆震可以通過將小的剛性障礙物放置 在所述穩(wěn)態(tài)爆震半徑的下游而被穩(wěn)定，使得穩(wěn)定的元胞爆震建立在距離所述源中心的一定 距離處。
[0034] 通過將障礙物最初放置在氣體的非反應(yīng)絕熱流中而通過障礙物的爆震啟動 (Detonation initiation)也可以被數(shù)值地確定。例如，圍繞障礙物形成的弓形沖擊波可以 快速地轉(zhuǎn)化為開始膨脹的爆震。用相同的障礙物，在啟動情況下可以獲得相同的最終爆震 結(jié)構(gòu)。
[0035] -種實施例可以包括可燃混合物的超音速流。超音速流可以從圓形源徑向地流 動，并在下游經(jīng)歷爆震燃燒。所述流可以在兩個平行板之間被引導(dǎo)，外部的混合物源從中心 提供入流。在源出口處的高速流條件可通過經(jīng)由例如噴嘴的快速擴張產(chǎn)生。由于沖擊波的 存在依賴于化學(xué)反應(yīng)的存在，在本實施例中的爆震可以是自持波。所述流的單純絕熱膨脹 會在沒有化學(xué)反應(yīng)存在的情況下發(fā)生。
[0036] 控制反應(yīng)歐拉方程可以允許在距離源一定有限距離處駐定的有自持爆震的穩(wěn)態(tài) 解。這樣的解的性質(zhì)可以通過檢查該問題的各種參數(shù)而探宄，所述參數(shù)諸如混合物性質(zhì)和 入流條件。使用二維模擬，可以對爆震的非線性動力學(xué)進行研宄，所述動力學(xué)例如它的穩(wěn)定 性。爆震通常是不穩(wěn)定的，并且所述不穩(wěn)定不僅以形成元胞的形式表現(xiàn)其本身，也以爆震峰 整體徑向收縮和膨脹的形式表現(xiàn)其本身。膨脹可以通過例如在流的下游放置幾個剛性障礙 物而防止。
[0037] 在沒有化學(xué)反應(yīng)存在的情況下，從給定半徑的圓形源發(fā)出的理想可燃氣體的二維 徑向?qū)ΨQ超音速流是絕熱的，并且由于它也是超音速的，在膨脹過程中，流速和馬赫數(shù)隨著 距離增加，而壓力、溫度和密度都隨著距離下降。如將在下面示出的，這些特征可以從氣體 動力學(xué)方程建立。利用例如在ZND理論的框架內(nèi)的分析，穩(wěn)定的徑向?qū)ΨQ爆震波可以在何 種條件下存在于絕熱徑向膨脹流中可被確定。利用例如有單步阿蘭尼烏斯動力學(xué)的二維反 應(yīng)歐拉方程的數(shù)值解，可以顯示出這樣的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)對于二維擾動的穩(wěn)定性。
[0038] 在徑向膨脹流中的駐定爆震的示意性幾何結(jié)構(gòu)示于圖5中。中心源具有半徑r(l， 反應(yīng)氣體在由壓力 P(1、密度P。和流速U(l給定的初始流條件下從所述源發(fā)出。由于所述流 在超音速膨脹期間加速，在一些距離^處，所述流條件可以變成使得爆震駐波結(jié)構(gòu)可以建 立在r s的下游。在爆震沖擊波前的狀態(tài)為P pPph，而緊隨所述沖擊波之后的狀態(tài)為P2、 p2、u2。對于駐定爆震，它的速度D應(yīng)該與+相同。在沖擊波之后，有一個在1 = 1%處的聲 速軌跡，其中的流速等于局部聲速1= c#
[0039] 如以下所討論的，這樣的駐定爆震結(jié)構(gòu)可在廣泛的條件下存在。此外，在相同入流 條件下的多個解的共存可以成為可能。
[0040] 如果從所述源發(fā)出的氣體的溫度足夠低，并且由于它在膨脹過程中下降，來自所 述源的流可視為絕熱的并且反應(yīng)可以忽略不計。爆震半徑1^先驗地是未知的，但可以例如 通過將上游狀態(tài)與藍金-許貢紐（Rankine-Hugoniot)條件和爆震沖擊波的下游流條件匹 配而確定。這樣的爆震結(jié)構(gòu)的一個重要成分是在沖擊之后的聲速點的存在。因為緊隨所述 沖擊之后的流速是亞音速并且距沖擊足夠遠的產(chǎn)物流動是超音速的，由此得出的結(jié)論是， 在距源一定距離匕>匕處，流速等于局部聲速。
[0041]氣態(tài)爆炸速度通常是每秒幾公里的量級，并且為了將這樣爆震保持在固定距離 處，所述流的初始能量可做得足夠高。建立駐定爆震必需的初始流總能量可以估計。假設(shè) 沒有摩擦損失，所述流的總焓，
【主權(quán)項】
1. 一種爆震發(fā)動機，包括： 第一入口，其具有流體地連接到第一儲箱的第一端部和流體地連接到爆震發(fā)動機的第 -立而部； 第二入口，其具有流體地連接到第二儲箱的第一端部和與第一入口相對地流體連接到 所述爆震發(fā)動機的第二端部，其中，所述第一和第二入口可與共同軸線對準； 連接到所述第一入口的第一噴嘴； 連接到所述第二入口的第二噴嘴；以及 放置在所述第一入口的第二端部與所述第二入口的第二端部之間并且沿共同軸線放 置的分離器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爆震發(fā)動機，還包括：構(gòu)造為在所述爆震發(fā)動機中穩(wěn)定爆震 的障礙物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爆震發(fā)動機，還包括：至少一個可旋轉(zhuǎn)地附接到所述爆震發(fā) 動機的渦輪。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的爆震發(fā)動機，其中，所述至少一個渦輪包括構(gòu)造為在所述爆 震發(fā)動機中穩(wěn)定爆震的葉片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爆震發(fā)動機，其中，所述第一儲箱構(gòu)造為接收氧化劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爆震發(fā)動機，其中，所述第二儲箱構(gòu)造為接收燃料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爆震發(fā)動機，其中，所述第一噴嘴靠近所述第一入口的第二 端部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爆震發(fā)動機，其中，所述第二噴嘴靠近所述第二入口的第二 端部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爆震發(fā)動機，其中，所述第一噴嘴布置在所述第一入口內(nèi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爆震發(fā)動機，其中，所述第二噴嘴布置在所述第二入口內(nèi)。
11. 一種用于引爆燃料與氧化劑的混合物的方法，所述方法包括： 將氧化劑通過第一入口引入到爆震發(fā)動機； 將燃料通過第二入口引入到爆震發(fā)動機，其中，所述第一和第二入口與共同軸線對 準； 將所述氧化劑加速通過第一噴嘴； 將所述燃料加速通過第二噴嘴； 靠著分離器的第一側(cè)并且從所述共同軸線徑向向外地引導(dǎo)所述氧化劑； 靠著分離器的與所述第一側(cè)相對的第二側(cè)并且從所述共同軸線徑向向外地引導(dǎo)所述 燃料；以及 在距共同軸線一定距離處的圓柱形爆震區(qū)域內(nèi)引爆燃料與氧化劑的混合物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一入口具有流體地連接到第一儲箱的 第一端部和流體地連接到所述爆震發(fā)動機的第二端部。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第二入口具有流體地連接到第二儲箱的 第一端部和流體地連接到所述爆震發(fā)動機的第二端部。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11或13所述的方法，其中，將氧化劑加速通過所述第一噴嘴產(chǎn)生超 音速流，并且其中，將燃料加速通過所述第二噴嘴產(chǎn)生超音速流。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括：將由引爆所述混合物產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物膨脹 通過渦輪以做功。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括：提供障礙物以抑制燃燒產(chǎn)物的膨脹。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括：在所述爆震發(fā)動機中穩(wěn)定混合物的爆震。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，障礙物構(gòu)造在所述爆震發(fā)動機中以實現(xiàn)爆震 的穩(wěn)定化。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述障礙物是渦輪葉片。
【專利摘要】一種爆震發(fā)動機(100)，能夠在圓柱形爆震區(qū)域(205)內(nèi)起爆燃料與氧化劑的混合物以做功。爆震發(fā)動機可具有第一和第二入口(135、140)，其具有從儲箱流體地連接到爆震發(fā)動機的端部。所述第一和第二入口可沿共同軸線(145)排列。所述入口可以連接到噴嘴(105、110)，而分離器(115)可以放置在噴嘴之間并沿著共同軸線。
【IPC分類】F02C5-04, F02K7-02, F02K9-42
【公開號】CN104870780
【申請?zhí)枴緾N201380063447
【發(fā)明人】A.卡西莫夫
【申請人】阿卜杜拉國王科技大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2013年10月11日
【公告號】EP2906795A2, WO2014114980A2, WO2014114980A3