兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 982-993.doi: 10.12382/bgxb.2021.0804
收稿日期:
2021-11-26
上线日期:
2023-04-28
通讯作者:
基金资助:
XI Xuechen1,2, YANG Pengfei3,*(), WANG Kuanliang1
Received:
2021-11-26
Online:
2023-04-28
摘要:
波前介质的非均匀性对气相爆轰的传播影响显著,但二者的相互作用机制尚不明确。采用两步诱导-放热反应模型研究一维氢气/空气爆轰波在非均匀介质中的传播特性,分析了扰动波长对不同振荡模态爆轰波的影响规律。研究结果表明:爆轰波的固有振荡频率与扰动频率越接近,其内在不稳定性越容易被激发,表现出更不规则的振荡行为;扰动影响下的爆轰波存在两种压力振荡支配机制,对弱不稳定爆轰波,压力振荡由外界扰动主导,其振荡主频与扰动频率一致,对强不稳定爆轰波,压力振荡由内在不稳定性主导,是无主频的低频振荡,扰动仅起到增大振幅的作用;施加外界扰动时,常压和高空状态下的爆轰波均具有上述振荡特征,进一步佐证了外界扰动调控爆轰波传播特征的可行性。
郗雪辰, 杨鹏飞, 王宽亮. 非均匀氢气/空气混合物中一维爆轰波的振荡特性[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 982-993.
XI Xuechen, YANG Pengfei, WANG Kuanliang. Oscillations Characteristics of One-dimensional Detonation Waves in Non-Uniform Hydrogen-Air Mixture[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(4): 982-993.
参数 | 两步反应模型 | 详细反应模型 |
---|---|---|
vC-J/(m·s-1) | 1963.1 | 1963.1 |
MC-J | 4.17 | 4.17 |
pC-J/atm | 10.31 | 11.65 |
TC-J/K | 2445.08 | 2973.5 |
pvn/atm | 19.62 | 20.48 |
Tvn/K | 1459.24 | 1605 |
表1 两步模型和详细反应机理的爆轰参数(压力p= 1atm,温度T=400K)
Table 1 Detonation parameters of two-step model and detailed mechanism at p=1atm, T=400K
参数 | 两步反应模型 | 详细反应模型 |
---|---|---|
vC-J/(m·s-1) | 1963.1 | 1963.1 |
MC-J | 4.17 | 4.17 |
pC-J/atm | 10.31 | 11.65 |
TC-J/K | 2445.08 | 2973.5 |
pvn/atm | 19.62 | 20.48 |
Tvn/K | 1459.24 | 1605 |
参数 | 工况 | ||
---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | |
p/atm | 1 | 1 | 1 |
T/K | 600 | 500 | 400 |
Q | 8.67 | 10.76 | 13.90 |
γ | 1.31 | 1.31 | 1.32 |
EI | 6.03 Ts | 6.20 Ts | 6.63 Ts |
kI | 5.97 | 6.25 | 6.67 |
ER | 0.5 Ts | 0.5 Ts | 0.5 Ts |
kR | 1.54 | 1.94 | 2.50 |
Ts | 2.69 | 3.08 | 3.65 |
表2 不同温度下两步反应模型的化学参数
Table 2 Kinetics parameters of two-step reaction model with different temperatures
参数 | 工况 | ||
---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | |
p/atm | 1 | 1 | 1 |
T/K | 600 | 500 | 400 |
Q | 8.67 | 10.76 | 13.90 |
γ | 1.31 | 1.31 | 1.32 |
EI | 6.03 Ts | 6.20 Ts | 6.63 Ts |
kI | 5.97 | 6.25 | 6.67 |
ER | 0.5 Ts | 0.5 Ts | 0.5 Ts |
kR | 1.54 | 1.94 | 2.50 |
Ts | 2.69 | 3.08 | 3.65 |
图6 不同扰动波长λ下爆轰波(工况 3)压力的振荡过程(左)及其对应的频谱特征(右)
Fig.6 Post-shock pressure evolution (left) with different λ and the corresponding power spectra (right) for Case 3
参数 | 工况 | ||
---|---|---|---|
4 | 5 | 6 | |
Ma | 5 | 4 | 3 |
p/atm | 0.14 | 0.10 | 0.08 |
T/K | 366.8 | 334.7 | 305.5 |
Q | 14.39 | 15.81 | 17.33 |
γ | 1.32 | 1.32 | 1.32 |
EI | 6.27 Ts | 6.40 Ts | 6.33 Ts |
kI | 6.79 | 6.98 | 7.19 |
ER | 0.5 Ts | 0.5 Ts | 0.5 Ts |
kR | 1.51 | 1.53 | 1.54 |
Ts | 3.78 | 4.05 | 4.35 |
表3 不同飞行马赫数下两步反应模型的化学参数
Table 3 Parameters of two-step model used at high altitudes for different flight Mach numbers
参数 | 工况 | ||
---|---|---|---|
4 | 5 | 6 | |
Ma | 5 | 4 | 3 |
p/atm | 0.14 | 0.10 | 0.08 |
T/K | 366.8 | 334.7 | 305.5 |
Q | 14.39 | 15.81 | 17.33 |
γ | 1.32 | 1.32 | 1.32 |
EI | 6.27 Ts | 6.40 Ts | 6.33 Ts |
kI | 6.79 | 6.98 | 7.19 |
ER | 0.5 Ts | 0.5 Ts | 0.5 Ts |
kR | 1.51 | 1.53 | 1.54 |
Ts | 3.78 | 4.05 | 4.35 |
[1] |
doi: 10.1016/j.proci.2004.08.047 URL |
[2] |
|
[3] |
张博, 白春华. 气相爆轰动力学特性研究进展[J]. 中国科学:物理学力学天文学, 2014, 44(7):665-681.
|
|
|
[4] |
doi: 10.1103/PhysRevLett.88.044502 URL |
[5] |
doi: 10.1063/1.869520 URL |
[6] |
doi: 10.1017/jfm.2015.731 URL |
[7] |
doi: 10.1016/S0010-2180(98)00031-5 URL |
[8] |
doi: 10.1016/j.pecs.2004.05.001 URL |
[9] |
安复兴, 李磊, 苏伟, 等. 高超声速飞行器气动设计中的若干关键问题[J]. 中国科学: 物理学力学天文学, 2021, 51(10):104702.
|
|
|
[10] |
|
[11] |
魏万里, 翁春生, 武郁文, 等. 氧化剂喷注面积对连续旋转爆轰波传播特性影响的实验研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(12):2345-2353.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.008 |
|
|
[12] |
李宝星, 王中, 许桂阳, 等. 煤油燃料旋转爆轰波起爆与传播特性实验研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(7):1339-1346.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.07.011 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.07.011 |
|
[13] |
王放, 翁春生, 武郁文, 等. 气体与液体两相连续旋转爆轰波二维数值模拟研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(4):681-691.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.007 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.007 |
|
[14] |
滕宏辉, 杨鹏飞, 张义宁, 等. 斜爆震发动机的流动与燃烧机理[J]. 中国科学:物理学力学天文学, 2020, 50(9):090008.
|
|
|
[15] |
doi: 10.1016/j.ijhydene.2020.08.014 URL |
[16] |
陈达, 宁建国, 李健. 周期性非均匀介质中气相爆轰波演变模式研究[J]. 力学学报, 2021, 53(10):2865-2879.
|
|
|
[17] |
doi: 10.1007/s00193-007-0093-y URL |
[18] |
doi: 10.1007/s00193-015-0598-8 URL |
[19] |
doi: 10.1016/0010-2180(91)90008-Y URL |
[20] |
|
[21] |
doi: 10.1016/j.proci.2020.07.022 URL |
[22] |
doi: 10.3390/app10134585 URL |
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
doi: 10.1007/s00193-006-0022-5 URL |
[26] |
doi: 10.1016/j.combustflame.2007.07.018 URL |
[27] |
doi: 10.1103/PhysRevFluids.2.053201 URL |
[28] |
doi: 10.1017/jfm.2017.81 URL |
[29] |
|
[30] |
doi: 10.1063/1.868556 URL |
[31] |
|
[32] |
doi: 10.1016/j.proci.2020.07.138 URL |
[33] |
doi: 10.1007/s00193-020-00976-7 |
[34] |
doi: 10.1016/j.combustflame.2018.11.024 URL |
[35] |
doi: 10.1080/13647830500307758 URL |
[36] |
张涵信. 无波动、无自由参数的耗散差分格式[J]. 空气动力学学报, 1988, 6(2):143-165.
|
|
|
[37] |
郗雪辰, 杨鹏飞, 滕宏辉. 一维爆轰波在扰动来流中传播的数值研究[J]. 气体物理, 2022, 7(4):1-9.
|
|
|
[38] |
doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.12.063 URL |
[39] |
doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.04.161 URL |
[40] |
doi: 10.1002/kin.20603 URL |
[41] |
姜宗林, 滕宏辉. 气相规则胞格爆轰波起爆与传播统一框架的几个关键基础问题研究[J]. 中国科学:物理学力学天文学, 2012, 42(4):421-435.
|
|
|
[42] |
doi: 10.1098/rspa.1999.0355 URL |
[43] |
doi: 10.1016/j.fuel.2020.119458 URL |
[1] | 李世全,祝文超,孙方平,王宇辉,王健平. 颗粒注射速度对铝粉/空气两相旋转爆轰波的影响[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1148-1157. |
[2] | 陈桂明,许令亮. 基于非线性扰动补偿的超局部无模型永磁同步电机电流预测控制[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1129-1140. |
[3] | 张天艺, 郑颖, 裘信国, 季行健, 金晓航. 基于特征模型的5阶关节伺服系统扰动补偿策略[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 276-287. |
[4] | 林圣业, 王茂森, 谢杨杨, 李勇, 戴劲松. 梁弯曲振动的键合空间表示及其在炮口扰动分析中的应用[J]. 兵工学报, 2023, 44(6): 1775-1783. |
[5] | 赵焕娟, 刘克庆, 庞磊, 刘婧, 林敏, 董士铭. 爆轰不稳定性及初始压力对螺旋爆轰轨迹角的影响[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 1086-1096. |
[6] | 苗双全, 张宝泉, 王明超, 王新伟, 沈宇. 基于扰动观测器的机载光电稳定平台自适应指数时变滑模控制[J]. 兵工学报, 2022, 43(7): 1636-1645. |
[7] | 孟豪龙, 翁春生, 武郁文, 郑权, 肖强, 王放, 白桥栋. 环形燃烧室中凹腔对C2H4/Air旋转爆轰流场影响的数值模拟[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 1063-1074. |
[8] | 王思卓, 范世鹏, 林德福, 刘经纬. 考虑目标机动和落角约束的二阶滑模制导律[J]. 兵工学报, 2022, 43(12): 3048-3061. |
[9] | 吴明亮, 郑权, 续晗, 翁春生, 白桥栋. 氢气占比对氢气-煤油-空气旋转爆轰波传播特性的影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(1): 86-97. |
[10] | 王正玺, 贺柏根, 朱小伟. 基于卡尔曼滤波算法的加速度反馈控制在航空光电稳定平台中的应用[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1257-1264. |
[11] | 丁树奎, 王良明, 杨志伟, 丁旭冉. 远程火炮弹丸起始扰动的动力学特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(4): 673-683. |
[12] | 李碧勇, 彭建祥, 谷岩, 尹晓春, 贺红亮. 高纯铜界面Rayleigh-Taylor不稳定性扰动增长的数值模拟[J]. 兵工学报, 2020, 41(9): 1809-1816. |
[13] | 李宝星, 王中, 许桂阳, 翁春生, 赵凤起. 煤油燃料旋转爆轰波起爆与传播特性实验研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(7): 1339-1346. |
[14] | 沈超, 周克栋, 赫雷, 陆野, 李峻松. 内膛损伤枪管膛口扰动参数研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(3): 442-450. |
[15] | 张敏, 李勃, 滕云杰, 姜会林. 潜望式激光通信终端的扰动抑制与动态跟踪方法[J]. 兵工学报, 2020, 41(12): 2486-2494. |
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