Experimental Study on the Scramjet in JF-12 Shock Tunnel and its Vitiation Effects

高超声速推进技术是当今研究人员关心的焦点。超燃冲压发动机作为有潜力的高超声速吸气式发动机，受到广泛关注。其技术发展离不开实验研究。现有实验研究手段主要依靠地面高超声速风洞设备模拟飞行情况。然而现有的大多数激波风洞受到试验时间和气流品质的限制，开展超燃冲压发动机全尺寸实验还有困难。作为现阶段超燃冲压发动机实验研究的主力的燃烧加热式风洞，由于加热方式的原因，存在着污染气体效应的影响。本文利用中国科学院力学研究所JF-12爆轰驱动激波风洞，对超燃冲压发动机全尺寸模型开展了实验研究。主要研究内容包括： （1）在JF-12激波风洞中开展超燃冲压发动机试验研究。完善发展JF-12现有实验技术，设计加工了超燃冲压发动机试验模型及配套的支撑、供气等辅助系统，解决了供气、采集与实验系统同步等问题。成功在JF-12激波风洞上完成超燃冲压发动机实验，实现发动机自点火与稳定燃烧。为进一步利用JF-12激波风洞开展超燃冲压发动机实验研究提供了条件。 （2）不同总温总压来流下超燃冲压发动机模型性能研究。实验验证了JF-12风洞开展超燃冲压发动机试验研究的可行性，超燃冲压发动机模型性能达到了设计的预期目标，能够满足实验研究的要求。实现了M7总温（Tt=2240K）和近M10总温（Tt=3670K）的超燃冲压发动机稳定燃烧，燃烧室流动速度范围Uc=2000~2500m/s。通过对比实验，探讨了不同进气道构型、当量比以及来流总温状态下超燃冲压发动机性能。通过改变燃料供应，观测到由燃烧振荡引起的超燃冲压发动机喘振现象，试验结果表明超燃冲压发动机喘振现象对当量比敏感。 （3）研究了污染气体效应对超燃冲压发动机性能的影响。通过改变试验气流组分，发现在保持燃料供应及来流总温总压接近的前提下，水蒸汽对氢燃料超燃冲压发动机性能有促进作用，二氧化碳影响不明显。利用数值模拟结果，分析水组分污染气体对超燃冲压发动机模型进气道性能影响，说明水蒸汽的存在会使得发动机空气捕获流量和氧气捕获流量发生较大变化，并会影响燃烧室入口参数。提出新的基于推力潜能的超燃冲压发动机评价方法。利用这一方法研究了水蒸汽对超燃冲压发动机燃烧室性能影响。在同样保持来流总温总压和燃料供应不变时，发现水蒸汽对燃烧室性能提升有益，与实验结果吻合

超声速燃烧室中脉冲爆轰混合/燃烧强化机理研究

作为超声速推进飞行核心技术的推进系统一直是人们研究的关注点。超燃冲压发动机作为可行方案之一，以其相对简单的结构、轻便的质量以及优秀的经济性能受到很大的重视。研究的目的是希望利用在超燃冲压发动机燃烧室中引入小型爆轰管，以改善其性能。结果可以看出，小型爆轰管的引入能增强燃料混合，增进燃料燃烧，对于改善燃烧室性能有着一定帮助

中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室

为了更好的研究超燃冲压发动机,需要选取合适的参数指标对其性能进行评估。该研究基于超燃冲压发动机中工质做功原理,引入推力潜能的概念。通过对这一新参数的分析,对超燃冲压发动机的性能给予评价,既能反映出发动机总温增加带来的推力性能变化,也能反映出总压损失等带来的做功能力损失。通过对具体发动机模型的性能分析,说明其在发动机性能分析上的优势。相比于现有评价参数,新的基于推力潜能的性能评价方法能更好的用于发动机局部部件及流场性能评估

带三维凹槽火焰稳定器的燃烧室放热分布规律研究

本文采用数值方法研究了具有三维凹槽的超燃发动机燃烧室燃烧放热分布规律。研究结果表明，受主流超声速流的影响燃烧室内燃烧放热的速率较慢，燃烧室内的总温沿流向逐渐增加，同时伴随着气流总压的严重损失。在较高的进口静温条件下，燃烧室总压损失较小；在较高的燃料注射压力条件下，燃烧室总压损失严重

JF12激波风洞高Mach数超燃冲压发动机实验研究

针对高Mach数(Ma&ge;7)超燃冲压发动机高气动阻力下的燃烧组织问题,提出一种双突扩燃烧室结构方案.使用数值模拟方法考察了射流与双突扩燃烧室组合方式的混合燃烧特性.设计了双突扩超燃冲压发动机模型,在力学研究所JF12长试验时间激波风洞内,开展了Ma=7.0和Ma=9.5的氢燃料点火和燃烧试验对比.在风洞有效试验时间100 ms内,实现了Ma=7.0和Ma=9.5超燃冲压发动机的成功点火与稳定燃烧.在Ma=7.0情况下,进气道采用三维压缩,燃烧室入口设计Mach数Mac=2.5,壁面压力分布实验结果显示燃烧放热靠近燃烧室扩张段上游;在Ma=9.5情况下,进气道采用二维压缩,燃烧室入口设计Mach数Mac=3.5,由于燃烧室流动速度特别高,燃烧放热靠近燃烧室扩张段下游.</p

JUNO Sensitivity on Proton Decay p→νˉK+p\to \bar\nu K^+ Searches

The Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) is a large liquid scintillator detector designed to explore many topics in fundamental physics. In this paper, the potential on searching for proton decay in $p\to \bar\nu K^+$ mode with JUNO is investigated.The kaon and its decay particles feature a clear three-fold coincidence signature that results in a high efficiency for identification. Moreover, the excellent energy resolution of JUNO permits to suppress the sizable background caused by other delayed signals. Based on these advantages, the detection efficiency for the proton decay via $p\to \bar\nu K^+$ is 36.9% with a background level of 0.2 events after 10 years of data taking. The estimated sensitivity based on 200 kton-years exposure is $9.6 \times 10^{33}$ years, competitive with the current best limits on the proton lifetime in this channel

JUNO sensitivity on proton decay p → ν K + searches*

The Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) is a large liquid scintillator detector designed to explore many topics in fundamental physics. In this study, the potential of searching for proton decay in the $p\to \bar{\nu} K^+$ mode with JUNO is investigated. The kaon and its decay particles feature a clear three-fold coincidence signature that results in a high efficiency for identification. Moreover, the excellent energy resolution of JUNO permits suppression of the sizable background caused by other delayed signals. Based on these advantages, the detection efficiency for the proton decay via $p\to \bar{\nu} K^+$ is 36.9% ± 4.9% with a background level of $0.2\pm 0.05({\rm syst})\pm$$0.2({\rm stat})$ events after 10 years of data collection. The estimated sensitivity based on 200 kton-years of exposure is $9.6 \times 10^{33}$ years, which is competitive with the current best limits on the proton lifetime in this channel and complements the use of different detection technologies