● 摘要
激波是气体在超声速运动过程中最重要的现象之一，它是气体受到强烈压缩后产生的强压缩波，气流经过激波后，流速减小，相应的压强、温度和密度均升高。近些年，激波对气流的增压作用越来越受到人们的关注和利用。目前，要提高现有常规燃气涡轮发动机的性能有两种主要的方法：改善压气机和涡轮的效率或通过增加涡轮进口温度改善循环的热力学过程。涡轮机械的空气动力学已达到相当高的水平，进一步的提高已经十分困难； 从热力学观点看，增加涡轮进口温度是改善整体热效率和功率系数的最有效方法。然而，气体进入涡轮的最高温度会受到材料条件所限制。通过对复杂非定常激波现象的研究，人们找到了提高燃气轮机性能和效率的新方法和新途径。以相关理论为基础的波转子发动机技术等，都取得了很好的效果。国外早在上世纪50年代就开始了相关技术的研究并取得了许多成果。本文首先对国内外在这方面相关的成果进行了综述，详细介绍了国内外关于此项技术的现状。在此基础之上，对以激波增压为主要手段的增压技术进行了详细而具体的阐述。论证了该技术的主要优点及可能存在的问题。结合相关波转子增压技术，设计并搭建了激波管实验台，用于模拟和探究激波增压的具体过程。以激波管实验台为手段对波转子技术中常见的非定常激波系的波速和冲击激波的增压作用进行了实验研究，在此基础之上总结并提出了用于修正理论结果的经验公式，实验结果表明，目前波转子技术常用的理论计算结果明显高于实际情况，有必要对理论计算结果进行经验公式的修正使得其更加符合实际情况。本实验的结果对于波转子发动机的设计和理论分析具有重要的意义。除了对激波的增压过程和机理进行了实验探究外，还利用相关理论及国外实验台的相关设计参数，自行设计搭建了三端口波转子分流器，对之前利用激波增压的相关设计理论进行一定程度的验证。同时，利用该实验装置，对波转子增压技术的启动方式、气体泄漏的影响、端口的参数变化等，进行了详细的实验研究，并得出了诸多有价值的结论。