【行业动态】美研究人员利用高速相机获取脉冲爆震发动机燃烧过程
导读：据aerospacetestinginternational网站2月21日报道，美国研究人员已经对一种实验性的旋转爆震发动机进行了测试，并利用高速相机进行燃烧过程捕抓，从而使得改进后的发动机燃烧更加稳定，更适用于太空发射。
实验性旋转爆震发动机在右侧具有进气管，可将推进剂引导到发动机中。传感器从发动机顶部的左侧伸出，沿着气缸的长度测量压力，而摄像头在左侧，从发动机的后端看。
这种新型的火箭发动机结构可以使火箭更省油，更轻巧并且制造起来更简单。研究人员称，现在这型发动机由于其燃烧过程太不可预测，无法在实际的火箭中使用。
因此，华盛顿大学的研究人员建造了一个实验性的旋转爆震发动机，并使用高速相机记录了发动机内部燃烧过程。研究人员随后对这些图像进行了分析，以建立一个数学模型，该模型可以描述发动机的工作方式，并将其用于制造燃烧更稳定的发动机版本。
研究小组上个月在《Physical Review E》杂志上发表了其研究结果。
旋转爆震发动机领域仍处于起步阶段，该项目的主要研究人员詹姆斯-科赫（James Koch）表示：“我们有大量这些发动机的数据，但我们不知道燃烧过程究竟发生了什么，我试图通过建立模型来预测我们要的结果，而不是把它变成一个工程问题（例如不停的试验来试图获得性能最高的引擎），然后再进行改型发展，结果证明这种方法是可行的。”
科赫进一步解释道：“旋转爆震发动机对推进剂的燃烧方式与一般的发动机不同，它由同心圆柱体气缸制成的，推进剂在气缸之间的间隙中流动，并且在点火后迅速释放热量，形成冲击波，即强烈的气体脉冲，其压力和温度明显高于声速。这个燃烧过程实际上是一种爆炸。但是在此初始启动阶段之后，我们就可以看到许多稳定的燃烧脉冲了，这些脉冲继续消耗可用的推进剂，并将废气高速排出发动机后部，从而产生推力。”
常规的发动机使用大量的机械来引导和控制燃烧反应，从而它产生推动发动机所需的功。但是在旋转爆震发动机中，冲击波自然可以完成所有操作，而无需发动机部件的额外帮助。
科赫说：“由燃烧引起的冲击在绕燃烧室传播时自然会压缩空气，而不用像传统发动机那样设计复杂的压气机部件，但这样做的缺点是这些爆炸通常都有自己的想法。一旦引爆某物，它就会失控，非常暴力。”
为了试图描述这些发动机的工作原理，研究人员首先开发了一种实验性旋转爆震发动机，它们可以控制不同的参数，例如气缸之间间隙的大小。然后他们用高速摄像机记录了燃烧过程。每个实验仅需0.5秒即可完成，但研究人员以每秒240,000帧的速度记录了这些实验，因此他们可以通过“慢动作”来观察正在发生的事情。
基于这些数据，研究人员开发了一个数学模型来模仿他们在视频中看到的内容，这使研究人员首次确定了这种类型的发动机是稳定的还是不稳定的，它还使他们能够评估特定引擎的性能。
“我的目的仅仅是重现我们看到的脉冲行为，确保模型输出与我们的实验结果相似，”科赫说。“我已经确定了主要的物理学及其相互作用。现在，我可以将在这里所做的事情定量化，从而使得我们可以讨论如何制造更好的引擎。”
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