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第五届爆震与新型推进 编号：35
学术会议论文
旋转爆轰发动机里的纵向脉冲爆轰波和旋转爆轰波
王宇辉 1，*，王超 2，乐嘉陵 2，黄思源 2
1. 西南科技大学 燃烧空气动力学研究中心，四川 绵阳 621010；2. 中国空气动力研究与
发展中心 吸气式高超声速技术研究中心，四川 绵阳 621000
摘要：在旋转爆轰发动机里，非正规的纵向脉冲爆轰波比较常见。本文对旋转爆轰波和纵向脉冲爆轰
波开展进一步实验研究。燃烧室爆轰环腔外径 100 mm，宽 10 mm，长 117 mm。空气通过 60 个直径 2 mm
圆柱孔轴向、氢气通过 2 mm 宽环缝径向流入环腔。结果表明，瞬态的纵向脉冲爆轰波可以转为稳定的旋
转爆轰波，纵向脉冲爆轰波一个循环里存在爆轰熄火现象。
关键词：纵向脉冲爆轰波 旋转爆轰波 高速摄影 氢气
1. 前言
旋转爆轰发动机（Rotating Detonation Engine, CDE），又名连续爆轰发动机（Continuous
Detonation Engine, RDE）或连续旋转爆轰发动机（Continuously Rotating Detonation Engine,
CRDE）也是一种基于爆轰燃烧的发动机，由于流量连续，结构紧凑，理论热效率和比冲较
高，近年来成为很多公司和科研机构的研究热点。该发动机里，旋转爆轰波（Rotating
Detonation Wave, RDW）数量可能超过一个。
Aerojet Rocketdyn 公司[1-2]自从 2010 年起，进行了 650 次多种喷嘴、多种喷管、多种推
进物（氢气，甲烷，乙烷，JP-8, JP-10）以及有无等离子体增强的 RDE 测试，当量比范围
-，直径 21 cm。评估表明在相同的流动条件下，爆轰波行为依赖于发动机构造，使用
等离子体增强系统可以增大爆轰波速度，减少对强化空气的需求。RDE 代替常规燃气轮机
后，同样释热条件下燃油消耗减少 14%，每年每台在服役涡轮发动机可减少 500 万美元燃
油消耗。在美国能源部第二阶段 RDE 项目资助下，Aerojet Rocketdyne 投入 7,570,127 美元
发展吸气式涡轮旋转爆轰发动机，旨在达到 65%的联合循环效率；项目时间为 2014 年 10
月到 2019 年 3 月，燃料为天然气[3]。美国空军研究实验室和创新科学方案公司使用空军研
究实验室的爆轰发动机研究设施的推力台架实验研究了具有不同结构喷管的旋转爆轰发动
机（图 1，直径 6 英寸），目的为测量推力和比冲等推进性能[4]。他们特别比较了不同的内部
喷管结构，包括钝体、塞式喷管、堵塞塞式喷管等构造。他们采用毛细管平均压力技术进行
的轴向静压测量表明在环腔里存在混合区域、爆轰循环区域和稳定排气区域；通过质量流量
函数测试了喷管拥塞所要求的滞止状态条件。实验数据表明，喷管拥塞或部分拥塞需要在燃
烧室内产生滞止压力增加量。增压效应是当量比函数，最大滞止压力增加量可达到 3-7%,具
体取决于发动机流量。出口拥塞的滞止情况可以反映比推力，并可以与测量的推力比较；结
果发现计算出的比推力明显大于测量值，这是由穿过尾气的激波造成总压损失引起的。对发
动机爆轰现象之后的激波/膨胀波环境的理解将有助于减小总压损失，提高推进性能。他们
还改变燃烧室环腔宽度，对旋转爆轰发动机进行了推力测试，研究了尺度参数对性能的影响
[5]。这些参数包括空气喷射面积膨胀比、爆轰腔的质量流密度和喷管喉部的收缩面积。该工
作研究的焦点在于确认流动变量之间的关系，该关系可以帮助确认几何结构对试验中的比冲
和比推力的影响。该 RDE 中心柱直径为 mm，外壳长度为 11