氣相爆轟波馬赫反射轉(zhuǎn)捩機理研究.pdf

1、馬赫反射現(xiàn)象研究是爆轟研究領域內(nèi)基礎而又重要的部分。在工程實踐方面，爆轟波經(jīng)過推進器的收斂噴口或者收斂的截面管道時，適當條件下會發(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，在設定的初始條件下利用紋影和煙膜實驗系統(tǒng)對爆轟波發(fā)生馬赫反射現(xiàn)象進行了細致的實驗研究，分析了爆轟波馬赫反射機理和轉(zhuǎn)捩過程，修正了之前對爆轟波馬赫反射的認知。
　　本文的主要研究內(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)點速度和過驅(qū)度的特征，以及四種實驗用預混氣在三激波結構下polar曲線的性質(zhì)。無反應激波跨過入射波的壓力變化是從p/p0=1(θ=0°)發(fā)出，而對于反應激波，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的變化范圍比對應的無反應激波要小，且反應激波跨過間斷的偏轉(zhuǎn)角范圍相比于無反應激波進一步減小。
　　(2)研究了馬赫反射的轉(zhuǎn)捩機理以及初始條件對馬赫反射的影響。馬赫反射

3、三波點軌跡線在初始位置時遵循無反應激波理論計算，之后逐漸平行且高于反應激波理論，無反應和反應激波理論計算值分別對應爆轟波馬赫反射三波點軌跡線變化范圍的上下極限，存在三個特征階段。在楔角θw=30°時，初壓p0在5kPa、10kPa和20kPa下，對于穩(wěn)態(tài)氣體C2H2+2.5O2+8.17Ar，其馬赫反射三波點軌跡線向反應激波理論轉(zhuǎn)變所對應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，其馬赫反射三波點軌跡線向反應激波理論計算轉(zhuǎn)變所對應的馬赫桿臨界高度分別約為1.1cm、0.8cm和0.45cm。軌跡角對馬赫反射三波點軌跡線的影響是隨著軌跡角的增大，軌跡線長度尺寸呈現(xiàn)線性下降趨勢，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構。楔角θw較小時，

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，馬赫反射三波點及其軌跡更加明顯分辨。在楔角表面初始位置的胞格結構、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行轉(zhuǎn)變，大胞格向小胞格轉(zhuǎn)變時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，歸結于過驅(qū)馬