发现在从中心源径向发出的超音速流中驻定的稳态爆震的 存在。在稳定爆震解的存在和结构中，入流的情况，诸如混合物的停滞焓和入流的马赫数， 可以在爆震波的稳定性中发挥作用。取决于所述参数，人们或者可以没有稳态问题的解，或 者可以有它的一个或两个解。在两个稳定解共存的情况下，所述解中的一个可以对应于相 对较小的爆震半径，而另一个对应于较大的半径。这两种类型的解可以具有明显不同的结 构。小半径的解可以具有方波状结构，所述结构具有约是稳定平面ZND解长度的100倍的 大感应区（induction zone)。与此相反，大半径的解没有明显的感应区。
[0033] 此外，例如通过对二维反应欧拉方程进行数值积分，稳态解的稳定性可以被确定 并且爆震的动力学可以被计算。作为初始条件，无论是方波状还是常规的稳定解都在下面 进行了考虑。可以得到在几十个稳定半反应时间的时间尺度上的快速崩解，以及在几百个 相同时间单位的尺度上的缓慢膨胀。大半径的解可以导致非常缓慢的膨胀爆震，其中，元胞 结构在任何显著膨胀发生之前迅速地形成。这些膨胀爆震可以通过将小的刚性障碍物放置 在所述稳态爆震半径的下游而被稳定，使得稳定的元胞爆震建立在距离所述源中心的一定 距离处。
[0034] 通过将障碍物最初放置在气体的非反应绝热流中而通过障碍物的爆震启动 (Detonation initiation)也可以被数值地确定。例如，围绕障碍物形成的弓形冲击波可以 快速地转化为开始膨胀的爆震。用相同的障碍物，在启动情况下可以获得相同的最终爆震 结构。
[0035] -种实施例可以包括可燃混合物的超音速流。超音速流可以从圆形源径向地流 动，并在下游经历爆震燃烧。所述流可以在两个平行板之间被引导，外部的混合物源从中心 提供入流。在源出口处的高速流条件可通过经由例如喷嘴的快速扩张产生。由于冲击波的 存在依赖于化学反应的存在，在本实施例中的爆震可以是自持波。所述流的单纯绝热膨胀 会在没有化学反应存在的情况下发生。
[0036] 控制反应欧拉方程可以允许在距离源一定有限距离处驻定的有自持爆震的稳态 解。这样的解的性质可以通过检查该问题的各种参数而探宄，所述参数诸如混合物性质和 入流条件。使用二维模拟，可以对爆震的非线性动力学进行研宄，所述动力学例如它的稳定 性。爆震通常是不稳定的，并且所述不稳定不仅以形成元胞的形式表现其本身，也以爆震峰 整体径向收缩和膨胀的形式表现其本身。膨胀可以通过例如在流的下游放置几个刚性障碍 物而防止。
[0037] 在没有化学反应存在的情况下，从给定半径的圆形源发出的理想可燃气体的二维 径向对称超音速流是绝热的，并且由于它也是超音速的，在膨胀过程中，流速和马赫数随着 距离增加，而压力、温度和密度都随着距离下降。如将在下面示出的，这些特征可以从气体 动力学方程建立。利用例如在ZND理论的框架内的分析，稳定的径向对称爆震波可以在何 种条件下存在于绝热径向膨胀流中可被确定。利用例如有单步阿兰尼乌斯动力学的二维反 应欧拉方程的数值解，可以显示出这样的稳定结构对于二维扰动的稳定性。
[0038] 在径向膨胀流中的驻定爆震的示意性几何结构示于图5中。中心源具有半径r(l， 反应气体在由压力 P(1、密度P。和流速U(l给定的初始流条件下从所述源发出。由于所述流 在超音速膨胀期间加速，在一些距离^处，所述流条件可以变成使得爆震驻波结构可以建 立在r s的下游。在爆震冲击波前的状态为P pPph，而紧随所述冲击波之后的状态为P2、 p2、u2。对于驻定爆震，它的速度D应该与+相同。在冲击波之后，有一个在1 = 1%处的声 速轨迹，其中的流速等于局部声速1= c#
[0039] 如以下所讨论的，这样的驻定爆震结构可在广泛的条件下存在。此外，在相同入流 条件下的多个解的共存可以成为可能。
[0040] 如果从所述源发出的气体的温度足够低，并且由于它在膨胀过程中下降，来自所 述源的流可视为绝热的并且反应可以忽略不计。爆震半径1^先验地是未知的，但可以例如 通过将上游状态与蓝金-许贡纽（Rankine-Hugoniot)条件和爆震冲击波的下游流条件匹 配而确定。这样的爆震结构的一个重要成分是在冲击之后的声速点的存在。因为紧随所述 冲击之后的流速是亚音速并且距冲击足够远的产物流动是超音速的，由此得出的结论是， 在距源一定距离匕>匕处，流速等于局部声速。
[0041]气态爆炸速度通常是每秒几公里的量级，并且为了将这样爆震保持在固定距离 处，所述流的初始能量可做得足够高。建立驻定爆震必需的初始流总能量可以估计。假设 没有摩擦损失，所述流的总焓，
【主权项】
1. 一种爆震发动机，包括： 第一入口，其具有流体地连接到第一储箱的第一端部和流体地连接到爆震发动机的第 -立而部； 第二入口，其具有流体地连接到第二储箱的第一端部和与第一入口相对地流体连接到 所述爆震发动机的第二端部，其中，所述第一和第二入口可与共同轴线对准； 连接到所述第一入口的第一喷嘴； 连接到所述第二入口的第二喷嘴；以及 放置在所述第一入口的第二端部与所述第二入口的第二端部之间并且沿共同轴线放 置的分离器。
2. 根据权利要求1所述的爆震发动机，还包括：构造为在所述爆震发动机中稳定爆震 的障碍物。
3. 根据权利要求1所述的爆震发动机，还包括：至少一个可旋转地附接到所述爆震发 动机的涡轮。
4. 根据权利要求3所述的爆震发动机，其中，所述至少一个涡轮包括构造为在所述爆 震发动机中稳定爆震的叶片。
5. 根据权利要求1所述的爆震发动机，其中，所述第一储箱构造为接收氧化剂。
6. 根据权利要求1所述的爆震发动机，其中，所述第二储箱构造为接收燃料。
7. 根据权利要求1所述的爆震发动机，其中，所述第一喷嘴靠近所述第一入口的第二 端部。
8. 根据权利要求1所述的爆震发动机，其中，所述第二喷嘴靠近所述第二入口的第二 端部。
9. 根据权利要求1所述的爆震发动机，其中，所述第一喷嘴布置在所述第一入口内。
10. 根据权利要求1所述的爆震发动机，其中，所述第二喷嘴布置在所述第二入口内。
11. 一种用于引爆燃料与氧化剂的混合物的方法，所述方法包括： 将氧化剂通过第一入口引入到爆震发动机； 将燃料通过第二入口引入到爆震发动机，其中，所述第一和第二入口与共同轴线对 准； 将所述氧化剂加速通过第一喷嘴； 将所述燃料加速通过第二喷嘴； 靠着分离器的第一侧并且从所述共同轴线径向向外地引导所述氧化剂； 靠着分离器的与所述第一侧相对的第二侧并且从所述共同轴线径向向外地引导所述 燃料；以及 在距共同轴线一定距离处的圆柱形爆震区域内引爆燃料与氧化剂的混合物。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一入口具有流体地连接到第一储箱的 第一端部和流体地连接到所述爆震发动机的第二端部。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二入口具有流体地连接到第二储箱的 第一端部和流体地连接到所述爆震发动机的第二端部。
14. 根据权利要求11或13所述的方法，其中，将氧化剂加速通过所述第一喷嘴产生超 音速流，并且其中，将燃料加速通过所述第二喷嘴产生超音速流。
15. 根据权利要求14所述的方法，还包括：将由引爆所述混合物产生的燃烧产物膨胀 通过涡轮以做功。
16. 根据权利要求11所述的方法，还包括：提供障碍物以抑制燃烧产物的膨胀。
17. 根据权利要求11所述的方法，还包括：在所述爆震发动机中稳定混合物的爆震。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中，障碍物构造在所述爆震发动机中以实现爆震 的稳定化。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中，所述障碍物是涡轮叶片。
【专利摘要】一种爆震发动机(100)，能够在圆柱形爆震区域(205)内起爆燃料与氧化剂的混合物以做功。爆震发动机可具有第一和第二入口(135、140)，其具有从储箱流体地连接到爆震发动机的端部。所述第一和第二入口可沿共同轴线(145)排列。所述入口可以连接到喷嘴(105、110)，而分离器(115)可以放置在喷嘴之间并沿着共同轴线。
【IPC分类】F02C5-04, F02K7-02, F02K9-42
【公开号】CN104870780
【申请号】CN201380063447
【发明人】A.卡西莫夫
【申请人】阿卜杜拉国王科技大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2013年10月11日
【公告号】EP2906795A2, WO2014114980A2, WO2014114980A3