氣相爆轟波馬赫反射轉(zhuǎn)捩機(jī)理研究.pdf

1、馬赫反射現(xiàn)象研究是爆轟研究領(lǐng)域內(nèi)基礎(chǔ)而又重要的部分。在工程實(shí)踐方面，爆轟波經(jīng)過推進(jìn)器的收斂噴口或者收斂的截面管道時(shí)，適當(dāng)條件下會(huì)發(fā)生馬赫反射現(xiàn)象。本文以氣相爆轟波在CJ自持狀態(tài)下的傳播為切入點(diǎn)，在設(shè)定的初始條件下利用紋影和煙膜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)爆轟波發(fā)生馬赫反射現(xiàn)象進(jìn)行了細(xì)致的實(shí)驗(yàn)研究，分析了爆轟波馬赫反射機(jī)理和轉(zhuǎn)捩過程，修正了之前對(duì)爆轟波馬赫反射的認(rèn)知。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下方面:
　　(1)研究了CJ爆轟和過驅(qū)爆轟狀態(tài)

2、下的熵、波后質(zhì)點(diǎn)速度和過驅(qū)度的特征，以及四種實(shí)驗(yàn)用預(yù)混氣在三激波結(jié)構(gòu)下polar曲線的性質(zhì)。無反應(yīng)激波跨過入射波的壓力變化是從p/p0=1(θ=0°)發(fā)出，而對(duì)于反應(yīng)激波，入射波和反射波的特征曲線都是從所滿足的平衡CJ點(diǎn)發(fā)出;后者的波前、波后壓力比值p/p0隨偏轉(zhuǎn)角θ的變化范圍比對(duì)應(yīng)的無反應(yīng)激波要小，且反應(yīng)激波跨過間斷的偏轉(zhuǎn)角范圍相比于無反應(yīng)激波進(jìn)一步減小。
　　(2)研究了馬赫反射的轉(zhuǎn)捩機(jī)理以及初始條件對(duì)馬赫反射的影響。馬赫反射

3、三波點(diǎn)軌跡線在初始位置時(shí)遵循無反應(yīng)激波理論計(jì)算，之后逐漸平行且高于反應(yīng)激波理論，無反應(yīng)和反應(yīng)激波理論計(jì)算值分別對(duì)應(yīng)爆轟波馬赫反射三波點(diǎn)軌跡線變化范圍的上下極限，存在三個(gè)特征階段。在楔角θw=30°時(shí)，初壓p0在5kPa、10kPa和20kPa下，對(duì)于穩(wěn)態(tài)氣體C2H2+2.5O2+8.17Ar，其馬赫反射三波點(diǎn)軌跡線向反應(yīng)激波理論轉(zhuǎn)變所對(duì)應(yīng)的馬赫桿臨界高度分別約為1.25cm、1.05cm和0.5cm;非穩(wěn)態(tài)氣體C2H2+5N2O，保持相

4、同楔角，在初壓p0為3kPa、5kPa和10kPa時(shí)，其馬赫反射三波點(diǎn)軌跡線向反應(yīng)激波理論計(jì)算轉(zhuǎn)變所對(duì)應(yīng)的馬赫桿臨界高度分別約為1.1cm、0.8cm和0.45cm。軌跡角對(duì)馬赫反射三波點(diǎn)軌跡線的影響是隨著軌跡角的增大，軌跡線長(zhǎng)度尺寸呈現(xiàn)線性下降趨勢(shì)，但在減小的過程中存在差異，即隨著α減小的幅度要大于隨ψ減小的幅度。
　　(3)研究了θw+x值和軌跡角半角的關(guān)系、爆轟波經(jīng)過楔角前后橫波模態(tài)變化及其所匹配的胞格結(jié)構(gòu)。楔角θw較小時(shí)，

5、θw+x值處于胞格軌跡角半角范圍內(nèi)，隨著楔角增大，θw+x值逐漸高于軌跡角半角值，說明較小楔角下的馬赫反射不明顯。在角度較大的楔角下，使得θw+x值逐漸高于胞格入射角或出射角的一半，馬赫反射三波點(diǎn)及其軌跡更加明顯分辨。在楔角表面初始位置的胞格結(jié)構(gòu)、尺寸保持與楔角前面的基本相同，說明在馬赫反射開始的階段保留了之前的橫波模態(tài)，之后突然向小胞格進(jìn)行轉(zhuǎn)變，大胞格向小胞格轉(zhuǎn)變時(shí)不具有一致性和同步性，楔面上小尺寸胞格比較規(guī)則并逐漸增大，歸結(jié)于過驅(qū)馬