固體沖壓發動機富燃燃氣旋轉爆轟波傳播特性實驗研究

摘 要：""""" 為了研究固體沖壓發動機富燃燃氣的旋轉爆轟特性， 本文以CH4/CO/H2混合氣替代固體富燃燃氣作為燃料， 常溫空氣為氧化劑， 研究了混合氣的旋轉爆轟波傳播特性。" 實驗研究結果表明：" 混合氣質量比為1∶4.4∶0.67， 質量流量為54.5 g/s， 空氣質量流量在370.9～782.3 g/s范圍內， 能夠起爆形成穩定的旋轉爆轟波。" 隨著空氣流量的增加， 旋轉爆轟傳播模態經歷了單波、" 雙波對撞到四波對撞的變化過程。" 爆轟波傳播速度出現了先增大后減小的變化。" 空氣質量流量為484.9 g/s， 當量比為0.95時， 爆轟波速的最大值為1 167.8 m/s。

關鍵詞："""" 固體沖壓發動機；" 富燃燃氣；" 混合氣；" 旋轉爆轟；" 傳播模態

中圖分類號：""" ""V231.2+2

文獻標識碼：""" A

文章編號：""" "1673-5048（2025）01-0014-09

DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2024.0037

0 引" 言

固體燃料具有易儲存、" 運輸方便、" 能量密度高等優點， 在軍事領域有著廣泛的應用。" 固體沖壓發動機^［1］采用貧氧固體燃料作為推進劑， 其工作方式為推進劑在燃氣發生器內點火進行一次燃燒， 燃燒后生成的固體富燃燃氣噴注進入燃燒室內與來流空氣摻混并進行二次燃燒。" 燃燒室內燃燒后所產生的高溫氣體經噴管加速膨脹后提供推力。" 固體沖壓發動機內的燃燒為常規的定壓燃燒， 要進一步提升其性能較為困難。" 鑒于爆轟燃燒能大幅提升熱循環效率， 為了進一步提高固體沖壓發動機的性能， 將固體沖壓發動機燃燒室替換為旋轉爆轟燃燒室（Rotating Detonation Combustor， RDC）， 形成一種基于固體沖壓的新型旋轉爆轟組合發動機。

該組合發動機以固體富燃燃氣為燃料， 空氣為氧化劑， 混合物在燃燒室內通過爆轟燃燒產生推力。" 由于旋轉爆轟波 （Rotating Detonation Wave， RDW）是一種由激波和燃燒反應區耦合而成的燃燒波， 燃燒波傳播速度為千米每秒量級， 近似等容燃燒。" 組合發動機具有放熱速率快、" 結構簡單緊湊、" 推重比大、" 工作范圍寬等優點^［2-3］。

研究人員對固體沖壓發動機的摻混燃燒過程^［4-5］、" 燃燒室整體構型^［6］、" 發動機推力性能^［7-8］、" 噴注結構^［9］、" 火焰穩定性^［10］、" 富燃燃氣摻混燃燒效果^［11］以及發動機性能的關鍵因素^［12］等方面開展了大量研究， 針對固體沖壓與旋轉爆轟組合發動機的研究較少。

對于固體沖壓旋轉爆轟組合發動機， 一次燃燒后的固體富燃燃氣的旋轉爆轟起爆以及爆轟波穩定傳播技術， 是發動機穩定工作的關鍵。" 現有針對旋轉爆轟發動機（Rotating Detonation Engine， RDE）的研究大多采用氣態燃料H^［13-14］2、" C2H^［15-17］4或者液態燃料煤油^［18-19］。" 在固體燃料的旋轉爆轟方面， Xu等開展了在H2中添加煤粉的旋轉爆轟試驗^［20］， 還比較了鋁粉/空氣與H2/空氣旋轉爆轟差異^［21］。" 在富燃燃氣旋轉爆轟研究方面， Bai等對富燃燃氣的旋轉爆轟進行了深入研究， 開展了大量實驗，" 研究了高溫富氫燃氣旋轉爆轟波自起爆點火機理^［22-23］以及煤油富燃燃氣旋轉爆轟波傳播特性^［24-25］。

固體富燃燃氣由于其產生時反應復雜， 含有多種氣態組分， 因此在研究其旋轉爆轟特性時， 選取其中主要燃料成分CH4/CO/H^［26］2， 組成混合氣， 替代原有的固體富燃燃氣進行研究。" 在混合氣旋轉爆轟方面，" Zhong等^［27］進行了C2H4/C2H2/H2混合氣旋轉爆轟實驗， "發現隨著C2H2和H2組分比例增加會增加混合氣爆轟波穩定工作范圍。" Xue等^［28］測試空氣噴注環縫寬度、" 燃燒室長度對CH4/CO/H2混合氣旋轉爆轟的影響， 爆轟波壓力隨著空氣噴注環縫寬度增加而增大。" Yang等^［29］開展了低當量比下CH4/CO2/H2混合氣旋轉爆轟實驗， 增加燃料流速可以降低稀薄燃料下的起爆延遲時間。" Wang等^［30］成功實現了摩爾比為9：" 16的CH4/C2H4在常溫空氣中旋轉爆轟。" Na等^［31］在H2/空氣旋轉爆轟中摻混CH4， 增加CH4會降低燃料反應性， CH4體積分數高于20%后將無法獲得穩定旋轉爆轟波。" Bykovskii等^［32］采用不同含量H2的CH4/H2混合氣與空氣進行旋轉爆轟， 發現H2含量降低， 爆轟波穩定性減弱。" Zhou等^［33］對C2H4/C2H2/H2混合物進行旋轉爆轟實驗， 結果表明C2H4/C2H2/H2混合物形成爆轟波的當量比范圍比相同質量流量的H2燃料窄， 爆轟波頭高度與H2燃料相似。" Zhang^［34］對CH4/H2與O2爆轟極限進行研究， 認為單波模態是爆轟極限的獨特特征， 可以作為爆轟極限的定性標準。

本文針對貧氧混合狀態的丁羥（HTPB）和高氯酸銨（AP）推進劑， 采用CH4/CO/H2混合氣體替代該貧氧固體燃料一次燃燒產物中的氣態組分， 對混合氣的旋轉爆轟波傳播特性、" 工作當量比區間進行實驗研究， 所得結果可以為固體沖壓旋轉爆轟組合發動機的研制提供技術基礎。

1 實驗裝置與測控系統

混合氣旋轉爆轟實驗系統如圖1所示， 主要包括燃料/氧化劑供給系統、" 控制系統、" 數據采集系統、" 熱射流點火起爆系統以及旋轉爆轟發動機等。" 燃料供給系統供應CH4/CO/H2混合氣， 混合氣的種類和質量比根據丁羥和高氯酸銨推進劑燃燒后產生的富燃燃氣組分確定。" 固體推進劑一次燃燒后主要產物及其質量分數如表1所示， 選取其中主要氣態燃料組分CH4/CO/H2代替固體富燃燃氣組成混合氣， 三種燃料氣體質量比為1∶4.4∶0.67。" 氧化劑供給系統為RDE提供常溫空氣。" 數據采集系統包括靜態壓力傳感器（PT301SW-5MPa）、" 高頻動態壓力傳感器（PCB-113B24）以及渦輪流量計。

RDE由混合氣集氣腔①、" 空氣集氣腔②、" 噴注結構以及旋轉爆轟燃燒室③組成。" RDC環形燃燒室內徑和外徑分別為70 mm和110 mm， 寬度為20 mm， 長度為180 mm。在燃燒室出口位置設置有收斂段， 燃燒室出口寬度為8 mm， 阻塞比為0.55。" 混合氣和空氣采用非預混的噴注結構， 其噴注結構剖面示意圖如圖2所示。" 混合氣由均勻分布在內壁面的120個1 mm圓形噴孔， 噴注進入旋轉爆轟燃燒室。" 空氣通過環縫噴注進入旋轉爆轟燃燒室， 噴注環縫采用收縮擴張的拉瓦爾型流道， 減少爆轟反壓對氣體噴注的影響。" 根據空氣流量， 選擇1.5 mm寬度的空氣噴注環縫， 保證空氣的噴注壓力在有利于旋轉爆轟的范圍內。" 實驗采用氫/氧熱射流管進行點火， 點火位置在紅色圓點處。

在熱射流管壁面安裝高頻動態壓力傳感器（PCB0）， 在RDC外壁面安裝高頻動態壓力傳感器（PCB1、 PCB2、 PCB3和PCB4）， 安裝位置如圖3所示。 PCB1～PCB3安裝在與點火位置平齊的圓周平面上， PCB4安裝在RDC出口方向與PCB1軸向距離30 mm的位置處， 實驗中的采樣頻率為500 kHz。 在混合氣集氣腔、 空氣集氣腔以及RDC外壁面上各布置一個靜態壓力傳感器， 編號P1、 P2、 P3， 位置如圖1所示。

2 實驗結果與分析

實驗研究了混合氣/常溫空氣的旋轉爆轟波傳播特性， 實驗中保持混合氣質量流量穩定在54.5 g/s， 空氣的質量流量范圍從188.7 g/s增加至906.8 g/s， 當量比范圍從2.44減小至0.51。

2.1 旋轉爆轟發動機工作過程

對RDE的工作過程進行分析， 實驗裝置各腔室靜態壓力曲線如圖4所示。" 在1.1 s時刻， 空氣開始噴注， 空氣腔壓力迅速上升至3.8 bar后穩定。" 在2.5 s時刻， 混合氣開始噴注， 混合氣腔壓力迅速上升至2.6 bar。" 待到空氣和混合氣腔室壓力穩定后， 即燃料和氧化劑供應穩定， 達到RDC點火起爆條件。" 隨后熱射流管填充， 點火產生高溫高壓熱射流進入RDC， RDC內形成旋轉爆轟波。" 在RDE工作時， RDC內靜態壓力為2.4 bar， 此時由于爆轟反壓的影響， 混合氣集氣腔和空氣集氣腔壓力分別上升至3.1 bar和4 bar。" 在2.7 s時刻， 混合氣斷供， RDC熄爆， 空氣延遲3 s斷供， 進行RDC內殘余氣體吹掃， 實驗結束。

2.2 混合氣旋轉爆轟波傳播模態分析

表2所示為CH4/CO/H2混合氣與常溫空氣旋轉爆轟的實驗結果。" 實驗中保持混合氣質量流量穩定， 改變空氣的質量流量進行實驗， 能夠在0.59～1.24的當量比范圍內起爆， 隨著當量比的降低， 出現多種RDW傳播模態， 包括：" 穩定單波（Single Rotating Detonation Wave， SRDW）、" 雙波對撞模態（Two-counter Rotating Detonation Waves， TCRDW）和四波對撞模態（Four-counter Rotating Detonation Waves， FCRDW）。" 下面將詳細分析不同傳播模態下旋轉爆轟的特性。

2.2.1 單波模態分析

在0.95～1.24當量比范圍內， 即空氣流量在370.9～484.9 g/s范圍內時， RDW以單波模態傳播。" 下面以工況9為例對混合氣旋轉爆轟波的傳播過程進行分析。" 混合氣質量流量為54.5 g/s， 空氣質量流量為484.9 g/s， PCB1所采集到的動態壓力曲線如圖5所示。

對PCB1壓力數據進行快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform， FFT）和短時傅里葉變換（Short Time Fourier Transform， STFT）所得到的頻域分析圖如圖6所示， 取樣時間長度為RDC工作全程。" 從圖6（a）中可以看出旋轉爆轟波在RDC內傳播的主頻為3 381 Hz。" 依據式（1）可以計算出爆轟波傳播的平均速度為1 167.8 m/s， 其中f為主頻， D為RDC外徑。" 通過CEA軟件計算此工況下的理論C-J速度為1 815.8 m/s， 實驗獲得的波速為理論值的64.3%。" RDW波速較低的原因， 其一是由于混合氣組分中含有不易起爆的CH4， 其二是因為混合氣與空氣在RDC內摻混不均勻造成爆轟波速度損失。" 由圖6（b）可知， RDW全程以3 358 Hz的頻率傳播， 直至實驗結束時， 在2.7 s后， 由于混合氣斷供導致傳播頻率下降。

v-=πDf（1）

在此工況條件下， RDW全程以單波模態傳播。" 圖7所示為2 420.5～2 422.5 ms時間內PCB1、" PCB2和PCB3的壓力曲線。" 可以看出， 在一個周期內RDW依次經過PCB1、" PCB2和PCB3， 最終回到PCB1位置處。" 沿RDC出口方向觀測， RDW沿逆時針方向進行旋轉傳播。" 旋轉爆轟波連續傳播四個周期經歷的時間t1～t4分別是：" 294 μs、" 292 μs、" 294 μs和296 μs， 依據式（2）可分別計算出旋轉爆轟波每一周期的傳播速度分別為1 174.5 m/s、" 1 182.9 m/s、 "1 174.8 m/s和1 166.9 m/s， 其中ti為爆轟波傳播每一周期的時間。" 綜合FFT結果以及PCB壓力曲線進行分析可知RDW傳播模態為單波。

vi=πDti（2）

圖8為2 420～2 424 ms時間內PCB1、" PCB2和PCB3的壓力曲線。" 從圖中可以觀察到在2 420.652～2 423.590 ms時間內， 爆轟波在RDC內傳播了10個周期， 用時2.938 ms。" 根據旋轉爆轟波旋轉傳播10個周期所用時間和長度， 根據式（3）可求出旋轉爆轟波傳播的平均速度為1 175.6 m/s， 式中Δt為爆轟波傳播n個周期所用時間。

v-=nπDΔt （3）

RDC工作過程中2 420～2 430 ms的動態圧力曲線、" 壓力峰值點和旋轉爆轟波速曲線如圖9所示。" 對動態壓力曲線進行峰值挑點， 能得到壓力峰值點， 該點所示壓力值即為旋轉爆轟波的壓力值， 壓力值波動范圍為3.6～8.6 bar。" 根據兩個峰值點之間的時間差依據式（2）可以算出旋轉爆轟波傳播每周的速度， 爆轟波速度在1 107.1～1 224.8 m/s范圍內波動。

2.2.2 雙波對撞模態分析

混合氣質量流量為54.5 g/s， 空氣質量流量為534 g/s， 當量比為0.86， RDW以雙波對撞模態傳播。" 下面以工況10為例對雙波對撞模態下混合氣旋轉爆轟波的傳播過程進行分析。 PCB1所采集到的動態壓力曲線如圖10所示。

對PCB1壓力數據進行處理后所得到的頻域分析圖， 如圖11所示。" 雙波對撞模態中， 旋轉爆轟波傳播的主頻為3 262 Hz， 波速為1 126.7 m/s， 達到了理論波速的63.2%。

在雙波對撞模態中， RDC內存在兩個旋轉爆轟波， 兩個波相向傳播， 在每一周期內相撞兩次。" 圖12（a）所示為雙波對撞模態的PCB壓力曲線， 以一個對撞周期分析旋轉爆轟波的傳播過程， 其傳播過程如圖12（b）所示。" 在2 342.1 ms時刻， PCB1和PCB3同時采集到2.6 bar和1.1 bar的峰值壓力信號， 此時為RDWA1和RDWB1同時分別經過兩個PCB。nbsp; 隨后， PCB2依次采集到兩個壓力峰值， 分別為3.3 bar和3.5 bar。" 這兩個壓力峰分別是RDWB沿順時針方向傳播60°和RDWA沿逆時針方向傳播120°經過PCB2位置處所產生的。" 在2 342.2 ms時刻， CB1和PCB3同時采集到2.7 bar和1.5 bar的峰值壓力信號， 此時RDWA3經過PCB3位置處和RDWB3經過PCB1位置處。" 兩個爆轟波在RDC內傳播了半個周期， 于90°位置處對撞。" 爆轟波對撞過程中， 兩個爆轟波波頭的前導激波分別透射進入對向波的爆轟產物區， 此時的兩個爆轟波均衰減為透射激波， 波速和壓力也會相應減弱。" 對撞之后， 兩個透射激波依然按照原傳播方向傳播。" 隨著爆轟反應產物外排， 新鮮可燃工質進入RDC， 在原爆轟產物的溫度和透射激波的共同作用下， 透射激波迅速重新增強形成旋轉爆轟波。" 在下半個周期內， PCB2沒有采集到壓力峰， 兩個爆轟波在270°位置處對撞。" 隨后兩個爆轟波再次分別經過0°和180°位置處， 雙波對撞模態的一個周期傳播結束。" 根據爆轟波旋轉一個周期的時間306 μs， 依據式（2）可計算旋轉爆轟波的傳播速度為1 128.8 m/s， 與上文通過主頻算出的波速相吻合。

2.2.3 四波對撞模態分析

在0.59～0.75的當量比范圍內， 即空氣流量在613.1～782.3 g/s范圍內時， RDW以四波對撞模態傳播。" 下面以工況12為例對混合氣旋轉爆轟波的傳播過程進行分析。" 混合氣質量流量為54.5 g/s， 空氣質量流量為656 g/s， PCB1所采集到的動態壓力曲線如圖13所示。

圖14為對PCB1壓力數據進行處理后所得到的頻域分析圖， 取樣時間長度為RDC工作全程。" RDW傳播的主頻為5 490 Hz， 全程大部分時間以5 490 Hz的頻率傳播， 由于此處主頻接近于前文所述單波傳播模態主頻的二倍， 結合PCB壓力曲線可以分析得出RDW以四波對撞模態傳播。" 依據式（4）可以計算出爆轟波傳播的平均速度為948.1 m/s， 達到了理論波速的55.6%。

v-=πDf2 （4）

四波對撞傳播模態中2 387～2 388 ms的PCB采集到的壓力曲線如圖15（a）所示。" 在2 387.24 ms時刻， PCB1和PCB3分別采集到5.5 bar和2.5 bar的壓力， 說明此時RDWA1和RDWB2同時經過兩個PCB， RDC的0°和180°位置， 如圖15（b）所示。" 隨后在2 387.3 ms時刻， PCB2采集到3.4 bar的壓力， 此時是RDWB2經過120°位置處。" 在2 387.36 ms時刻， PCB2采集到2.8 bar的壓力， 此時是RDWA2經過120°位置處。" 在2" 387.42" ms時刻，" RDWA3和RDWB3又一次的同時經過兩個PCB， 只不過此時RDWA3在180°位置處， 而RDWB3在0°位置處。" 到此時為止RDWA和RDWB只傳播了半個周期， 在下半個周期中RDWA和RDWB在180°至360°范圍內傳播。" 在此時間段內PCB2依然采集到了兩個壓力峰值， 這也就證明RDC內還存在兩個RDW， 即RDWC和RDWD。" 這也就證明了5 490 Hz的頻率是由四波對撞產生的而非雙波同向。" 旋轉爆轟波在四波對撞模態下傳播一個周期用時366 μs， 經過計算可知RDW傳播的速度為943.7 m/s， 與上文通過主頻算出的波速相吻合。" 爆轟波波頭數目的增加能夠改善RDC流場的穩定性， 增強推力的穩定性， 但是對推力性能幾乎沒有影響^［35］。" 但是在波頭數目相同的情況下， 對撞模態所產生的推力性能顯著低于同向傳播模態。" 因此在工程應用中應當盡量實現多波同向的傳播模態。

2.3 混合氣旋轉爆轟波傳播特性分析

對工況7～9的爆轟波傳播特性進行詳細分析， 對PCB壓力數據進行峰值挑點后可以得到爆轟波的壓力值。" 對爆轟波傳播的速度和壓力求變異系數， 即可得到爆轟波傳播的穩定性。" 變異系反映數據的離散程度， 其數值大小能夠評判RDW傳播的穩定性， 數值越小說明RDW傳播的穩定性越高。" 圖16～18為工況7～9的爆轟波傳播的速度和壓力隨時間的變化， 同時得出了速度和壓力的變異系數值。" 對爆轟波傳播每一周期的速度和壓力求均值即可得到波速和壓力的均值。" 工況7～9中， 混合氣質量流量穩定在54.5 g/s， 空氣流量從370.9 g/s增加至484.9 g/s。" 隨著空氣質量流量增加， 爆轟波傳播速度隨之從1 087.2 m/s增加至1 155.2 m/s。" 變異系數值在工況9時最小， 此時的爆轟波傳播的速度最穩定。" 峰值壓力隨著空氣流量的增加， 分別為5.2 bar、" 5.5 bar和5.1 bar。" 壓力的最高值出現在工況8中， 空氣流量為420 g/s。 同時， 此工況壓力也是最穩定的，" 變異系數為0.286。

對PCB壓力信號進行FFT分析處理， 取RDW傳播的主頻作為RDW波速計算的依據， 得出不同燃燒室結構下的RDW波速， 如圖19所示。 "隨著空氣質量流量從370.9 g/s增加至782.3 g/s， 當量比從1.24降低至0.59。" 爆轟波傳播模態經歷了單波、" 雙波對撞和四波對撞的變化。" 爆轟波傳播速度經歷了先增大后減小的變化， 速度的最大值出現在當量比為0.95、" 傳播模態為單波的工況條件下。" 此后， 空氣流量繼續增加， 出現了波頭數目增加、" 傳播速度降低的現象。" 空氣的流量增加導致總質量流量增加， 促進旋轉爆轟燃燒室內多個熱點的形成， 進而發展成多個穩定的旋轉爆轟波。" 同時， 由于燃燒室尾部存在收斂段， 此處的高阻塞比會在燃燒室尾部阻礙燃燒產物排出， 燃燒產物會影響上游旋轉爆轟波的傳播過程。" 同時， 阻塞比的存在， 會使燃燒室末端產生反射激波， 促進熱產物與新鮮反應物的接觸燃燒， 誘導產生另一個波頭。" 反射的斜激波在促進多波頭的產生方面起到了重要作用。" 在反射激波和空氣質量流量增加的共同作用下， 促進了多波頭的產生， 這就是多波模態產生的原因。

圖20分析了混合氣以及組成混合氣的三種燃料氣體在同一當量比下各自的理論波速。" 能夠看到隨著當量比從0.51增加至2.44， CH4、" CO和混合氣的爆轟波波速均呈現先上升后下降的規律， 而H2則表現出一直上升的狀態。" 這其中CH4的波速和混合氣波速在上升階段較為相似， 在達到頂峰后逐漸出現了差異。" 混合氣的波速從1 554.6 m/s增加至1 894.6 m/s， 后降低至1 861.4 m/s， 最高波速出現在了當量比為1.64時。" CH4的波速從1 495.1 m/s增加至1 832.6 m/s， 后降低至1 646.9 m/s， 最高波速出現在了當量比為1.24時。" CO的波速從1 526.5 m/s增加至1 688.1 m/s， 后降低至1 634.4 m/s， 最高波速出現在了當量比為1.48時。" 而H2的波速則一直從1613.7m/s增加至2177.2m/s。" 從整體來看， CO的波速低于CH4的波速， 二者均低于混合氣， 而H2則高于混合氣。" 由此可以看出，" H2在混合氣的旋轉爆轟中起到了積極的作用， 促進了燃燒的進行， H2含量增加， 有利于爆轟波的穩定傳播^［27］。" CH4作為一種較難起爆的碳氫燃料， 在混合氣中起到了增加起爆難度的作用， CH4體積濃度過高， 會導致旋轉爆轟失敗^［31］。" 大多研究采用CH4和O2作為燃料和氧化劑^［36］， 或采用空桶型旋轉爆轟燃燒室進行實驗^［37］。" 而CO作為一種碳氫燃料爆轟反應的中間產物， 其濃度較小時， CO在反應中表現為惰性氣體， 混合物CO濃度較高， CO反應進程開始與氫反應進程之間產生競爭^［38］。" 其作為燃料時形成的爆轟波波速較低。" 綜上所述， 混合氣融合了各種氣體， 其整體旋轉爆轟特性受到各組分氣體在旋轉爆轟過程中的相互影響。

3 結" 論

本文采用質量比為1∶4.4∶0.67的CH4/CO/H2混合氣作為旋轉爆轟的燃料， 常溫空氣為氧化劑， 研究了空氣質量流量對混合氣旋轉爆轟波傳播特性的影響， 得到爆轟波傳播模態和傳播速度的變化規律。" 主要結論如下：

（1） 混合氣質量流量為54.5 g/s， 空氣質量流量在370.9～782.3 g/s范圍內， 當量比在0.59～1.24范圍內時， RDC能夠起爆形成穩定的旋轉爆轟波。" 隨著空氣流量的增加， RDW傳播模態經歷了單波、" 雙波對撞到四波對撞的變化過程。" 經過分析， 波頭數目增加是由空氣流量增加和燃燒室出口阻塞比所共同導致的。

（2） 隨著空氣質量流量的增加， 爆轟波傳播速度出現了先增大后減小的變化。" 波速的最大值出現在當量比為0.95， 空氣質量流量為484.9 g/s的工況條件下， 最大速度為1 167.8 m/s。" 在此之后， 空氣流量的增加導致爆轟波波頭數目的增加， 爆轟波波速出現下降的趨勢。" 在單波模態中， 波速最穩定的工況同時也是波速最高的工況。" 爆轟波平均壓力最大值為5.5 bar， 在空氣流量為420 g/s獲得， 此時壓力也是最穩定的。

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Experimental Study on the Propagation Characteristics of Rotating

Detonation Wave with Rich Combustion Gas in Solid Ram Engine

Weng Chunsheng， Han Jiaxiang*， Bai Qiaodong， Liu Zhuyong， Zheng Quan

（National Key Laboratory of Transient Physics， Nanjing University of Science and Technology， Nanjing 210094， China）

Abstract： In order to study the rotational detonation characteristics of rich combustion gas in solid ramjet engines， this paper replaces solid rich combustion gas with CH4/CO/H2 mixture as fuel and uses ambient temperature air as oxidant to investigate the propagation characteristics of rotational detonation waves in the mixture. The experimental research results show that a mixture mass ratio of 1∶4.4∶0.67， a mass flow rate of 54.5 g/s， and an air mass flow rate ranging from 370.9 g/s to 782.3 g/s can detonate and form stable rotating detonation waves. With the increase of air flow， the propagation mode of rotating detonation undergoes a process of single wave， double wave collision to four wave collision. The propagation speed of the detonation wave showed a change of first increasing and then decreasing. When the air mass flow rate is 484.9 g/s and the equivalence ratio is 0.95， the maximum detonation velocity is 1 167.8 m/s.

Key words： "solid ramjet engines；" rich combustion gas； "mixture；" rotational detonation；" propagation mode