1  引言

1.1  圆盘结构旋转爆震发动机的研究背景和意义

燃烧分为爆燃燃烧和爆震燃烧，对于爆燃来说,燃烧波传播速度为米每秒量级,燃烧过程 中,压强略降,体积大幅膨胀,可近似为等压燃烧。而爆轰传播速度可达到千米每秒量级（2 km/s～3 km/s）,燃烧波与激波紧密耦合在一起,燃烧过程中压强和温度骤增,体积略有减小, 可近似为等容燃烧。传统的涡喷或冲压发动机多是爆燃燃烧，由于爆燃燃烧的局限性，已经 很难大幅度提高其性能。而爆震燃烧放热快,产生的熵增较小,热效率高，其在航空航天发动 机的应用被越来越多人所看好，对爆震发动机的研究也越来越有必要。论文网

爆震发动机主要有驻定爆震发动机（Standing Detonation Engine,简称 SDE)、脉冲爆震发 动机(Pulse Detonation Engine ,简称 PDE)和连续旋转爆震发动机(Rotating Detonation Engine, 简称 RDE)三种。其中，SDE 原理虽然可行，但在实际中却有很多技术难题，迄今为止还没 有能稳定运转的案例；PDE 的运行过程是周期性、间歇性的多次起爆循环，浪费很多能量， 且做功时间比例太短，导致推力不足，整体性能不高；RDE 是目前最受关注的爆轰发动机， 其优良的性能有望带来航空航天推进技术的革新。RDE 具有只需起爆一次就可持续进行的特 点，且结构紧凑简单，推力大，效率高，在亚音速至超音速入流速度下都可稳定工作。

目前，RDE 有圆盘结构燃烧室和环形结构燃烧室两种，虽然说圆盘结构燃烧室是最先用 于实验并成功的，但目前对 RDE 的研究多以环形结构为主，尤其是在数值模拟方面，国内对 此研究很少，本文主要对圆盘结构下爆震波的起爆及传播进行数值模拟并分析其稳定流场和 不同总压、反压对爆震波的影响，为接下来类似的研究做铺垫。

1.2  RDE 的国内外的研究现状

1.21 关于 RDE 实验方面的研究现状

1.22 RDE 的理论数值模拟研究现状

1.3 本文主要研究工作

本文基于圆盘结构下旋转爆震发动机，对起爆过程，传播过程，稳定流场，不同喷注总 压下流场结构的不同，不同喷注总压与外界反压对爆震波压强、温度、传播速度、高度的影 响等方面进行了研究。因圆盘结构的特殊性，本文未对推力，比冲等发动机性能方面进行分 析。

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2 数值方法及计算模型介绍

2.1 物理模型

本文研究的 CDE 物理模型为一盘形结构。图 2.1 为其俯视图。外圆直径 100mm，内圆直 径 60mm.外圆为预混燃料进气口，内圆为排气口，两圆间为燃烧室。因该模型轴对称，为简 化本文研究的物理模型，从盘中取出一旋转面，对该面内的爆轰波进行数值模拟，将三维物 理模型转化为二维简化模型。文献综述

图 2.1 CDE 模型俯视图

2.2 控制方程

二维笛卡尔坐标系下微分守恒形式的化学非平衡流 Euler 方程为：

其中 U 为守恒变量，F、G 为无粘对流通量，S 为化学反应源项。在此仅列出守恒变量、无 粘通量和源项的表达式：

式中 为混合气体密度，u、v 为两个方向速度，p 为混合气体压力， fi (i 1,..., N 1) 为 i 组分

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质量分数，N 为总组分数，E 为混合气体单位体积的总能：