爆燃脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道模擬及實(shí)驗(yàn)分析

　　摘要：為了研究質(zhì)量輕便、結(jié)構(gòu)緊湊的固體沖量發(fā)動(dòng)機(jī)，提出以微氣孔球形推進(jìn)劑作為能量材、以對(duì)流爆燃形成高內(nèi)壓為模式的脈沖動(dòng)力方案。通過(guò)分析不同推進(jìn)劑密度、長(zhǎng)度、點(diǎn)火藥量和膜片形式等因素，得到了大喉燃比發(fā)動(dòng)機(jī)中球形裝藥爆燃誘導(dǎo)條件;根據(jù)球形裝藥爆燃特性，通過(guò)數(shù)值模型研究了新型爆燃沖量發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)彈道與流場(chǎng)特性。結(jié)果表明：裝藥長(zhǎng)度、裝藥密度和點(diǎn)火藥量均對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中爆燃現(xiàn)象出現(xiàn)有明顯影響，較長(zhǎng)裝藥、較小裝藥密度和較大點(diǎn)火藥量均利于誘發(fā)對(duì)流爆燃;微氣孔球形藥在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)燃速與壓力規(guī)律以分段的指數(shù)燃速形式出現(xiàn);初步論證了一體式爆燃脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用潛力。

　　本文源自官典;李世鵬;李永盛;郭亞雯，推進(jìn)技術(shù)發(fā)表時(shí)間：2021-07-15

　　關(guān)鍵詞：固體沖量發(fā)動(dòng)機(jī);微氣孔球形推進(jìn)劑;喉燃比;對(duì)流爆燃;點(diǎn)火內(nèi)彈道

　　1引言

　　精確打擊能力是未來(lái)先進(jìn)導(dǎo)彈的基本特征之一，高速動(dòng)能攔截彈在飛行過(guò)程中不斷修正飛行軌跡和姿態(tài)進(jìn)而完成對(duì)目標(biāo)的準(zhǔn)確追蹤。固體脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)組在彈軸的垂直方向施加一個(gè)短脈沖力，可以實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)的飛控操作[1-3]。目前，固體脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)在美國(guó)“愛(ài)國(guó)者PAC-3”的ENTRI微型發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)[4]、HIT反導(dǎo)系統(tǒng)MMA微型發(fā)動(dòng)機(jī)[5]、“龍”式反坦克武器導(dǎo)彈系統(tǒng)以及ICM脈沖控制發(fā)動(dòng)機(jī)組[6]等中均得到了運(yùn)用。其中ENTRI，MMA微型發(fā)動(dòng)機(jī)和“龍”式反坦克導(dǎo)彈的內(nèi)彈道參數(shù)如表1所示，由表可發(fā)現(xiàn)：上述脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)都具有短時(shí)快響應(yīng)、高內(nèi)彈道壓力、脈沖式?jīng)_量輸出等動(dòng)力特點(diǎn)。在保證脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)空間分布密集度，本文探索性地提出了以微氣孔球形裝藥中誘發(fā)爆燃為能量來(lái)源和去噴管一體化結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)方案，用以滿足快響應(yīng)、高壓力、輕質(zhì)量的要求。

　　微氣孔球形發(fā)射藥，外形呈球扁形或球形，從結(jié)構(gòu)上看，其表面和內(nèi)部含有大量微氣孔，具有制備工藝簡(jiǎn)單安全、易損性低的輕量化的特點(diǎn)[7-9]，其與密實(shí)型含能材料燃燒的最大區(qū)別是對(duì)流燃燒模式。Ka?gan等[10-12]研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)多孔含能材料的燃燒壓力差超過(guò)特定的臨界值，燃燒方式將從密實(shí)型含能材料的熱傳導(dǎo)型燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)流型傳熱的爆燃，爆燃火焰前沿的預(yù)熱區(qū)可導(dǎo)致局部自點(diǎn)火。多氣孔化便成為了提高推進(jìn)劑燃速的有效途徑之一。因此改變傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑通過(guò)低速擴(kuò)散/預(yù)混燃燒和噴管建壓的動(dòng)量輸出方式，利用微氣孔球形藥對(duì)流爆燃的特性給脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)提供預(yù)定沖量推力這一設(shè)想從原理角度是可行的。

　　本研究結(jié)合動(dòng)力系統(tǒng)需求，考慮對(duì)流爆燃的形成特點(diǎn)，采用大喉燃比(喉部面積與推進(jìn)劑面積之比)發(fā)動(dòng)機(jī)，尋找誘導(dǎo)微氣孔球形推進(jìn)劑實(shí)現(xiàn)主體高壓輸出的條件?；谠囼?yàn)結(jié)果提出了一種新型爆燃沖量發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行內(nèi)彈道模擬，探究該新型沖量發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力。

　　2試驗(yàn)驗(yàn)方案

　　為了建壓，傳統(tǒng)喉燃比(S喉部/S燃面)通常在0.1~0.01量級(jí)，本文采用喉燃比為0.25的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)(如圖1所示)，以分析球形裝藥脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)在大敞口條件下點(diǎn)火內(nèi)彈道性能。

　　圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)，其中包括噴管、燃燒室、密封墊片、推進(jìn)劑、推進(jìn)劑包覆層、噴喉和轉(zhuǎn)接頭。圖2為發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)圖。根據(jù)試驗(yàn)工況需要：d1=12d2;d3=d2+2mm;L=50，55mm。

　　3試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　3.1試驗(yàn)現(xiàn)象分析

　　圖3為出現(xiàn)高壓過(guò)程實(shí)驗(yàn)組。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)壓力曲線在初期平緩上升，而后急劇升高，未出現(xiàn)明顯平臺(tái)階段，壓力峰值介于37~49.5MPa，推力段時(shí)間在10~15ms。這表明在喉燃比為0.25時(shí)，借助微孔球形推進(jìn)劑，發(fā)動(dòng)機(jī)依然可以實(shí)現(xiàn)快響應(yīng)與高速建壓，區(qū)別于常規(guī)推進(jìn)劑需要小喉燃比才可實(shí)現(xiàn)的建壓過(guò)程。在壓力峰值附近時(shí)刻，高速攝影記錄的外流場(chǎng)火焰整體結(jié)構(gòu)表明：高溫高壓射流主體明亮且外緣結(jié)構(gòu)光順，發(fā)動(dòng)機(jī)出口邊緣有交替出現(xiàn)的激波與膨脹波結(jié)構(gòu)，并伴隨著明顯卷吸現(xiàn)象。火焰流動(dòng)具有高溫高速特性，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)高壓和快速升壓的出現(xiàn)，推測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)微氣孔球形推進(jìn)劑在高壓誘導(dǎo)下，在推進(jìn)劑間隙存在燃?xì)馇秩耄瑢?duì)流傳熱加速內(nèi)部燃燒并引起高壓，而局部高壓與流動(dòng)和燃燒耦合致使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)表現(xiàn)出持續(xù)增壓，燃燒加劇。

　　圖4為未出現(xiàn)高壓過(guò)程實(shí)驗(yàn)組。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)壓力曲線上升較為緩慢，壓力曲線出現(xiàn)了明顯的多峰現(xiàn)象，峰值壓力介于1.2~3.5MPa，僅為高壓測(cè)試組2.5%~10%。從高速攝影記錄的外流場(chǎng)火焰整體結(jié)構(gòu)上看，外流場(chǎng)火焰整體呈現(xiàn)發(fā)散狀，帶有明顯火星，沒(méi)有形成團(tuán)狀或光順火焰，沒(méi)有出現(xiàn)類似圖3中激波結(jié)構(gòu)。結(jié)合外流場(chǎng)與壓力內(nèi)彈道曲線推測(cè)：推進(jìn)劑空隙直徑小，表層燃燒產(chǎn)生的熱量主要通過(guò)熱傳導(dǎo)作用在推進(jìn)劑表層燃燒，侵入到未反應(yīng)材料中熱流較少，整體由于以熱傳導(dǎo)燃燒為主，燃燒速度較慢，致使有推進(jìn)劑還未點(diǎn)燃時(shí)就已飛出，形成火星。同時(shí)，由于1~5組試驗(yàn)所用發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸一致，這意味這所選用發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥密度、點(diǎn)火藥量、長(zhǎng)度以及膜片材質(zhì)對(duì)是否能誘導(dǎo)出“大燃喉比”下高背壓的出現(xiàn)存在著影響，下一節(jié)將對(duì)誘導(dǎo)條件進(jìn)行進(jìn)一步比較分析。

　　3.2重點(diǎn)試驗(yàn)組分析

　　有效對(duì)流爆燃現(xiàn)象試驗(yàn)組出現(xiàn)在第1，2和3組，第4組由于未出現(xiàn)明顯對(duì)流爆燃現(xiàn)象作為對(duì)比組，其試驗(yàn)過(guò)程物理參數(shù)如表2所示。

　　由于該試驗(yàn)為高速瞬變?cè)囼?yàn)，對(duì)流爆燃現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)內(nèi)彈道壓力急劇升高，且出現(xiàn)高壓峰值，為了便于分析，將以下將各組試驗(yàn)的峰值時(shí)間點(diǎn)統(tǒng)一為橫坐標(biāo)0點(diǎn)，橫坐標(biāo)正負(fù)不代表時(shí)間正負(fù)，數(shù)值大小代表時(shí)間變化。

　　第1組和第2組在裝藥密度和點(diǎn)火藥量上一致，而裝藥長(zhǎng)度和膜片材質(zhì)的選擇不同。在裝藥長(zhǎng)度上，第1組的裝藥長(zhǎng)度略長(zhǎng)于第二組;在膜片使用上，第1組采用膠片，第2組采用鋁片。圖5為第1組和第2組內(nèi)彈道曲線對(duì)比圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)：在壓力激增段前，燃燒室內(nèi)壓強(qiáng)第2組出現(xiàn)了高于第1組的時(shí)段，考慮到第2組試驗(yàn)所采用的鋁片較膠片具有更大剪切強(qiáng)度，膜片保壓作用會(huì)略微增加燃燒室內(nèi)壓力。在壓力激增段，第1組和第2組內(nèi)彈道和升壓速率幾乎一致，而第2組的峰值壓力略低于第1組。由于該裝藥燃速極快，內(nèi)彈道壓力未出現(xiàn)平臺(tái)期，裝藥量對(duì)內(nèi)彈道的影響表現(xiàn)在峰值壓力上，因此出現(xiàn)如圖5中裝藥長(zhǎng)度影響峰值大小的現(xiàn)象：裝藥長(zhǎng)度越長(zhǎng)峰值壓力越大。

　　第1組和第4組在點(diǎn)火藥量和膜片使用以及裝藥長(zhǎng)度上一致，但第4組所用裝藥密度比第1組所用裝藥密度大，意味著第1組裝藥孔隙率更大。圖6為第1組和第4組內(nèi)彈道曲線對(duì)比圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)：在相同的裝藥長(zhǎng)度下，第4組試驗(yàn)沒(méi)有出現(xiàn)明顯的壓力激增，而第1組試驗(yàn)出現(xiàn)了極高壓力峰值。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是：推進(jìn)劑堆積密度越大，孔隙直徑越小，傳火速度降低，多孔推進(jìn)劑表層燃燒產(chǎn)生的熱量主要通過(guò)熱傳導(dǎo)作用傳遞到未反應(yīng)材料中，將材料預(yù)熱至點(diǎn)火溫度。當(dāng)球形裝藥以熱傳導(dǎo)燃燒為主時(shí)，燃速較慢，所以出現(xiàn)第4組中壓力上升較低的現(xiàn)象;推進(jìn)劑堆積密度越小，孔隙直徑越大，當(dāng)氣體壓力超過(guò)某一閾值時(shí)，大量高溫氣體進(jìn)入孔隙，快于熱傳導(dǎo)預(yù)熱加熱甚至點(diǎn)燃未反應(yīng)材料，推進(jìn)劑整體燃燒形式以對(duì)流燃燒為主，燃速快，進(jìn)而誘發(fā)“高壓過(guò)程”出現(xiàn)，因此出現(xiàn)第1組中壓力極高的現(xiàn)象。

　　第1組和第3組在裝藥長(zhǎng)度上一致，第3組所用裝藥密度略大于第1組，所用點(diǎn)火藥量為第1組1.5倍。圖7為第1組和第3組內(nèi)彈道曲線對(duì)比圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)：在相同的裝藥長(zhǎng)度下，第1組和第3組試驗(yàn)同時(shí)出現(xiàn)壓力激增，相比而言，第1組試驗(yàn)壓力峰值低于第3組試驗(yàn)，由于兩者裝藥密度相差較小，孔隙率相差較小，高溫推進(jìn)劑在空隙間的熱對(duì)流并未受到較大影響，因此，更大的點(diǎn)火藥質(zhì)量能誘發(fā)更高的初始?jí)毫?，增?qiáng)初始燃?xì)馇謴刈饔?，使得?duì)燃燒效率提高。最終，對(duì)推力與時(shí)間過(guò)程積分獲得第3組比沖67N·s，第1組比沖40.3N·s。因此可以推測(cè)：點(diǎn)火藥量越多，更容易誘發(fā)“高壓過(guò)程”出現(xiàn)，不僅使得發(fā)動(dòng)機(jī)峰值壓力更大而且使得球形裝藥燃燒效率更高。

　　3.3瞬態(tài)燃速辨識(shí)與分析

　　由圖1可知，推進(jìn)劑裝藥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，圓形燃面在較小空間內(nèi)等效于同時(shí)被點(diǎn)燃，依據(jù)裝藥物理性質(zhì)以及試驗(yàn)測(cè)試壓力p(t)，依據(jù)下式(1)至(7)推導(dǎo)，可獲得球形推進(jìn)劑在燃燒室內(nèi)等效質(zhì)量流量m?。

　　式中Ab為燃面面積;ρp為推進(jìn)劑密度;r為推進(jìn)劑表觀燃速?？紤]到微氣孔球形藥燃燒速度可能存在的特殊性，在公式(1)中未對(duì)其燃速規(guī)律特性進(jìn)行直接描述，而是使用等效質(zhì)量流量表征。在獲得等效質(zhì)量流量后，通過(guò)公式(8)轉(zhuǎn)化為燃速規(guī)律，并做對(duì)數(shù)處理，如圖8組1，2和3燃速/壓力對(duì)數(shù)圖所示：微氣孔球形藥在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)表觀燃速模型基本符合lg(r)=lg(a)+nlg(p)等效形式(即r=apn)，燃速r單位m/s，壓力p單位MPa，其中壓力指數(shù)n>0.88。

　　三組裝藥均出現(xiàn)明顯的三區(qū)域燃燒特性，分別為低壓區(qū)域Ⅰ、過(guò)渡區(qū)域Ⅱ和高壓區(qū)域Ⅲ。在區(qū)域Ⅰ中，lg(r)=lg(a)+nlg(p)的線性特征明顯，瞬態(tài)燃燒的燃速離散性較小，這意味著在低壓區(qū)域外界對(duì)微孔球形藥的燃燒影響較小;在區(qū)域Ⅲ中，高壓段瞬變?nèi)紵龝r(shí)，燃速變化波動(dòng)相對(duì)較大，相對(duì)低壓區(qū)域穩(wěn)定性降低。由于第3組裝藥密度略大于第1組和第2組，裝藥孔隙率略小，在低壓區(qū)域Ⅰ，燃速略小于另外兩組。但由于第3組裝藥較長(zhǎng)，點(diǎn)火藥量最大，使得初始點(diǎn)火壓強(qiáng)較大，加強(qiáng)初始燃?xì)馇謴刈饔?，形成燃燒室?nèi)初始高壓，對(duì)火焰在推進(jìn)劑內(nèi)滲入深度影響加大，從而產(chǎn)生更大的表觀燃速，因此出現(xiàn)了第3組試驗(yàn)中高壓區(qū)域Ⅲ中燃速較大的現(xiàn)象。

　　推進(jìn)劑爆轟燃速約為5000~7000m/s[13-14]，正常固體推進(jìn)劑燃速量級(jí)約為0.1m/s[15]，而在本次試驗(yàn)中三組試驗(yàn)推進(jìn)劑燃速在30~80m/s，說(shuō)明試驗(yàn)中關(guān)于密度，堵蓋以及點(diǎn)火裝藥量的控制促使大燃喉比發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)球形裝藥被誘導(dǎo)以爆燃形式燃燒，燃速介于普通燃速和爆轟燃速之間，工作時(shí)間處于10~30ms量級(jí)。上述試驗(yàn)結(jié)論將用于下文一體式爆燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道論證中。

　　3.4一體式?jīng)_量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道模擬

　　爆燃是一種瞬時(shí)性極強(qiáng)的強(qiáng)能量釋放過(guò)程，危險(xiǎn)性較大，在將其運(yùn)用到動(dòng)力系統(tǒng)上時(shí)，需進(jìn)行一系列的基礎(chǔ)試驗(yàn)，探索相關(guān)規(guī)律，目前國(guó)內(nèi)外還未有相關(guān)方面的研究。

　　如圖9為一體式爆燃脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，該發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)是：省去傳統(tǒng)沖量發(fā)動(dòng)機(jī)的拉瓦爾噴管結(jié)構(gòu)，將燃燒室與出口設(shè)計(jì)成一體式錐面結(jié)構(gòu)，從而密集發(fā)動(dòng)機(jī)陣列分布以提高總沖;利用球形裝藥爆燃特性與擴(kuò)張式燃燒室結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)沖量輸出。該型無(wú)噴管發(fā)動(dòng)機(jī)在裝藥使用和構(gòu)型上，與文獻(xiàn)[16]中使用低燃速常規(guī)推進(jìn)劑和裝藥“噴管”倒錐形收斂段技術(shù)無(wú)噴管發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)路徑不一樣。該發(fā)動(dòng)機(jī)擬采用尾部點(diǎn)火，堵蓋保壓的工作方式對(duì)推進(jìn)劑進(jìn)行點(diǎn)燃。由于裝藥是內(nèi)燃結(jié)構(gòu)且無(wú)噴管結(jié)構(gòu)，所以發(fā)動(dòng)機(jī)出口等效為喉部，該發(fā)動(dòng)機(jī)出口與燃面比可做到上文試驗(yàn)喉燃比程度。圖10為一體式爆燃脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化后的物理模型及網(wǎng)格設(shè)置。

　　計(jì)算中使用到的主要物性參數(shù)為：燃?xì)饷芏葹?.4g/cm3;燃?xì)舛▔罕葻崛轂?757J/(kg·K);燃溫為2650K;比熱比為1.23;1kg推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)物基本組成如表3所示。

　　邊界條件設(shè)置中環(huán)境邊界采用壓力出口，其中環(huán)境溫度為300K，壓強(qiáng)為0.1MPa;推進(jìn)劑表面第一層網(wǎng)格采用質(zhì)量、動(dòng)量與能量源項(xiàng)加注的方式，詳細(xì)內(nèi)容如下方程;其余邊界采用絕熱固壁。

　　質(zhì)量源項(xiàng)：m?g=ρpAbapnc(9)動(dòng)量源項(xiàng)：m?gνg=m?2gρgAb=m?gapncρpρg(10)能量源項(xiàng)：eg=m?gh=m?gcpgTg(11)式中m?g為噴管入口處燃?xì)赓|(zhì)量流量;ρp為推進(jìn)劑密度;apn為固體推進(jìn)劑燃速;Ab為燃面面積;ρg為燃?xì)饷芏?cpg為燃?xì)舛▔罕葻?Tg為燃?xì)鉁囟取?/p>

　　求解器采用壓力基求解器，離散方法使用二維軸對(duì)稱模型離散空間，湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型。采用PISO算法對(duì)壓力和速度進(jìn)行解耦?？臻g項(xiàng)離散精度為二階，時(shí)間項(xiàng)離散精度為二階，初始環(huán)境壓力為0.1MPa，初始環(huán)境溫度為300K，時(shí)間步長(zhǎng)取0.05µs。

　　由上一節(jié)試驗(yàn)研究可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外界激發(fā)燃燒轉(zhuǎn)爆轟時(shí)，球形裝藥的表觀燃燒指數(shù)n大于0.88。基于這一發(fā)現(xiàn)，為了研究燃燒轉(zhuǎn)爆轟在無(wú)噴管發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒特性，假設(shè)仿真中的推進(jìn)劑表面全部點(diǎn)燃，并以較高的燃燒指數(shù)的形式形成燃燒。以圖10所示發(fā)動(dòng)機(jī)為結(jié)構(gòu)對(duì)n=0.8，0.85，0.87，0.885，0.9和n=0.95時(shí)進(jìn)行仿真模擬，分析模型羽流結(jié)構(gòu)和內(nèi)彈道壓力變化。

　　圖11為不同壓力指數(shù)下發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流道中心位置點(diǎn)火過(guò)程壓力變化，可以發(fā)現(xiàn)：燃速指數(shù)n=0.8時(shí)，在初始時(shí)候，壓力上升到0.5MPa左右，而后開(kāi)始下降。隨著壓力指數(shù)n的增加，當(dāng)n=0.87時(shí)，壓力峰值增大到1.3MPa左右，壓力而后降低，但是壓力下降速率較n=0.8時(shí)的下降速率降低，說(shuō)明隨著指數(shù)n的增加，有壓力峰值平臺(tái)出現(xiàn)的可能。當(dāng)n=0.885時(shí)，壓力先較快增加，而后緩慢上升，在所計(jì)算時(shí)間內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)下降趨勢(shì)，表明壓力出現(xiàn)正向積累，這種情況可以理解為爆燃出現(xiàn)的過(guò)渡狀態(tài)。當(dāng)n=0.9或0.95時(shí)候，壓力呈類指數(shù)狀態(tài)急劇上升，升壓速率持續(xù)增加，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)穩(wěn)定爆燃現(xiàn)象。

　　圖12為n=0.8和n=0.9時(shí)一體式發(fā)動(dòng)機(jī)羽流特征云圖和馬赫數(shù)云圖?？梢园l(fā)現(xiàn)：在n=0.8時(shí)，開(kāi)始時(shí)刻燃面全部點(diǎn)燃，燃?xì)馊紵饾u填充內(nèi)部流道，由于內(nèi)部流道呈錐形設(shè)計(jì)，底部截面積較小，燃?xì)饴氏忍畛錆M底部，對(duì)于端面燃面，由于其初始泄流面積較大，建壓沒(méi)有內(nèi)部燃面快，燃?xì)馍闪肯鄬?duì)較低。n=0.8時(shí)射流整體呈柱狀噴射結(jié)構(gòu)，與試驗(yàn)4和試驗(yàn)5中羽流特征類似，說(shuō)明此時(shí)燃?xì)鈩?dòng)能較小;另一方面，由馬赫數(shù)云圖可以看出：除了初始階段燃?xì)獬隹谔幱诔曀偻?，在裝藥燃面中后期流道內(nèi)速度低于聲速，不利于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)量輸出。n=0.9時(shí)，由速度云圖可以看出：燃燒室內(nèi)部流道對(duì)燃?xì)馄鸬郊铀僮饔?，射流高速噴出，且在裝藥點(diǎn)燃中后期，速度呈增強(qiáng)趨勢(shì)，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)量輸出;同時(shí)，流場(chǎng)結(jié)構(gòu)可看到明顯激波，羽流呈發(fā)展式膨脹，與試驗(yàn)1、試驗(yàn)2和試驗(yàn)3中羽流特征類似。從上文壓力瞬變關(guān)系以及羽流變化可以看出：當(dāng)球形裝藥爆燃特性被激發(fā)時(shí)，使用該新型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)具有作為沖量發(fā)動(dòng)機(jī)的工程潛力。

　　4結(jié)論

　　本文通過(guò)研究，得到如下結(jié)論：

　　當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)對(duì)流爆燃現(xiàn)象時(shí)，外流場(chǎng)火焰邊緣較為光順，高溫高壓射流在出口形成較強(qiáng)烈激波，并伴隨明顯卷吸現(xiàn)象。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)未出現(xiàn)對(duì)流爆燃現(xiàn)象時(shí)，對(duì)于外流場(chǎng)火焰，整體火焰結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)發(fā)散狀，帶有明顯火星，沒(méi)有形成團(tuán)狀或光順火焰，同時(shí)有未燃推進(jìn)劑飛出，形成飛濺火星。

　　裝藥長(zhǎng)度、裝藥密度以及點(diǎn)火藥量均對(duì)對(duì)流爆燃的出現(xiàn)有明顯影響。較長(zhǎng)裝藥長(zhǎng)度有利于誘發(fā)對(duì)流爆燃，較小裝藥密度有利于誘發(fā)對(duì)流爆燃，較大點(diǎn)火藥量有利于誘導(dǎo)對(duì)流爆燃并提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率。

　　微孔球形藥在喉燃比為0.25的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)可被激發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)流爆燃，裝藥表觀燃速基本符合分段型指數(shù)燃速形式。

　　新型一體式?jīng)_量發(fā)動(dòng)機(jī)在微孔球形藥被誘發(fā)爆燃后可有效實(shí)現(xiàn)高壓的建立與高速射流的形成，具有明顯的工程實(shí)用潛力，對(duì)于密集化陣列分布以提高系統(tǒng)總沖與減輕系統(tǒng)重量具有積極意義。

　　謝：感謝南京理工大學(xué)化工學(xué)院藺向陽(yáng)課題組提供的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地與裝藥，感謝北京理工大學(xué)宇航學(xué)院劉玉群老師和楊保雨同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)和幫助。