[科普中国]-氢氧爆轰驱动激波风洞

简介

氢氧爆轰驱动激波风洞是新型的脉冲式高烩风洞,利用氢氧爆轰产生的高温、高压气体作为驱动气体,建立高总熔及高驻室压力的气流状态,用来开展飞行器再人大气层时的真实气体效应及相关课题的实验研究。

激波风洞爆轰驱动原理激波风洞的基本原理是应用高压气体压缩实验气体，获得试验气流. 高压驱动气体的压力越大，声速越高，风洞的驱动能力就越强. 爆轰驱动是利用爆轰产生的高温、高压气体作为高压气源的一种驱动方式，其运行原理和波系传播过程与常规高压气体驱动略有不同1。

背景近年来随着人们对高超声速飞行的兴趣日益增长,对高焓地面设备的需求日益迫切。激波风洞是产生高焓(同时具有高滞止压力)试验气流最有前景的一种设备。为了提高气流焓值,需提高人射激波强度。这就要求尽可能提高驱动气体的声速和压力2。

由于高超声速流动耦合了热化学反应、燃烧、激波动力学、气动光学以及热辐射等现象，是一类具有多尺度特点的强非线性流动，不仅对气动物理研究，也对气体动力学地面模拟试验技术提出了新的挑战. 传统气动实验的模拟准则，如雷诺数 (黏性影响) 和马赫数 (压缩性影响) 对于具有化学反应影响占优的高超声速流动显得严重不足，目前依然缺乏有效的相似模拟参数. 影响相似规律的关键物理问题之一是高超声速飞行器的外流耦合了高温热化学反应，吸气式推进系统的内流耦合了燃烧反应过程。

而这类化学反应尺度在地面模拟试验中并不随飞行器模型的缩小而缩短，所以发展能够复现高超声速飞行条件的长实验时间和大尺度试验流场的气动设备是非常必要的。

关键技术激波风洞提供的平稳试验气流所持续的时间与其中的波传播过程密切相关，而波过程取决于运行状态，其中最重要的一个波过程是入射激波在被驱动段端面和试验/驱动气体界面之间的往复反射.为了获得最长的试验时间，激波风洞需要采用缝合运行状态.

激波风洞产生的试验气流总焓取决于入射激波的强度，通常被驱动段内实验气体为室温空气. 因此，若驱动气体的状态参数给定，缝合激波马赫数也随之确定，也即实验气体的总焓确定. 对于常规高压气体驱动，为了获得总焓不同的试验气流，并保持风洞运行于缝合状态，需通过调整驱动气体的组分和状态参数来实现.

爆轰驱动和常规高压气体驱动一样，可通过调整驱动气体的初始组分获得不同强度的缝合激波马赫数，从而获得总焓不同的试验气体。