Page 38 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 吴 宇，等： 进口压力扰动对氢气燃料旋转爆轰特性的影响 第 9 期

propagation mode exhibit significant responses to inlet pressure perturbations at different equivalence ratios, which are mainly
governed by the dual-wave collision process and the reactant replenishment characteristics ahead of the detonation front. The
combustor adaptively balances the energy release and stable RDW propagation, allowing the system to stabilize at different
wavenumbers through a nonlinear dynamic equilibrium. Under inlet pressure perturbations, flow parameters and RDW
characteristics exhibit periodic responses at the perturbation frequency, with the RDW structure being more sensitive to the
perturbations. The equivalence ratio and RDW propagation mode jointly determine the combustion heat release level and the
outlet thrust, whereas the specific impulse is primarily controlled by the equivalence ratio and shows a weak correlation with
the RDW wavenumber. High-frequency, small-amplitude inlet pressure perturbations mainly affect the wave structure and
propagation mode of RDWs, while the mean performance parameters are only weakly influenced.
Keywords: equivalence ratio; rotating detonation wave; high frequency small-amplitude disturbance; heat release rate;
double-wave collision

旋转爆轰发动机 (rotating detonation engine，RDE) 凭借单次点火、自增压、热循环效率高、结构紧凑
等突出优点 [1-4] ，得到了研究者的广泛关注 [5-10] ，而氢气作为一种清洁高效的燃料，在“双碳”背景下，同
样得到了更多的应用 [11-16] 。
近年来，大量学者开展了以氢气为燃料的 RDE 实验和数值研究。在实验方面，2017 年，Anand 等 [17]
通过调节空气流量和化学反应当量比（equivalence ratio，ER），发现爆轰波传播过程中存在 2 种类型的低
频不稳定性，分别是幅度调节（amplitude modulated，AM）不稳定性和频率调节（frequency modulated，FM）
不稳定性。2018 年，Frolov 等 [18] 进行了氢气驱动的旋转爆轰冲压发动机的风洞测试研究，发现在当量比
等于 1.25 时，冲压发动机模型的推力和比冲达到最大值，而当量比在 1.4 到 1.6 之间时，发现了纵向脉冲
爆轰（longitudinally pulsating detonation，LPD）燃烧模式。2019 年，Wen 等 [19] 使用不同当量比和氧气体积
分数的 H -O -N 混合气，在长圆型燃烧室中进行了实验，发现随着氧化剂质量流量的增加，旋转爆轰波
2
2
2
（rotating detonation wave，RDW）的速度亏损呈线性减小。同年，Xia 等 [20] 研究了 RDW 在平面径向燃烧室
中的传播模式，发现在化学当量比条件下，通过增大质量流量，RDW 的传播模式将从单波模式转变为双
波模式，然后变为三波模式。2020 年，Sosa 等 [21] 通过实验研究了旋转爆轰火箭发动机（rotating detonation
rocket engine，RDRE）中爆轰波的动态特性，发现在不同流量和当量比下，H /O 推进剂能够实现连续的同
2
2
2
方向五波。随后，Zhou 等 [22] 研究了 C H /C H /H 混合燃料的旋转爆轰过程，发现爆轰波的强度主要受入
2
2
4
2
射质量流量的影响，且在接近化学恰当比时，爆轰波表现出相对稳定的传播特性。2023 年，Bai 等 [23] 将
高温氢气与空气掺混，研究旋转爆轰燃烧室（rotating detonation combustor，RDC）中 RDW 的自起爆过程，
发现在当量比为 1.32 时，RDW 达最高速度，并以稳定的单波模式传播。最近，Wu 等 [24] 在空心和环形燃
烧室中进行了相关研究，发现随着当量比增加，旋转爆轰波前的数量减少，且在富燃料条件下，环形燃烧
室中的速度亏损急剧增加，而空心燃烧室中的速度亏损较小。Wang 等 [25] 研究了 CH /CO/H 混合气体在
2
4
RDE 中的爆轰特性及多波演化机理，发现提高燃料质量流量将导致波前数量增加，而多波模态的形成与
燃料填充高度和反射激波密切相关。
在 数 值 模 拟 方 面 ， Zheng 等 [26] 开 展 了 非 预 混 氢 气 /空 气 旋 转 爆 轰 波 的 数 值 研 究 ， 发 现 形 成 稳 定
RDW 的贫燃料极限当量比约为 0.4，且在当量比为 1.0 时最快地形成了稳定 RDW。同年，Zhao 等 [27] 详
细研究了氢气/空气混合物中 RDW 的起源和传播现象，发现提高进口总压会导致混沌传播阶段的出现，
且当量比对爆轰波数量与速度亏损有显著影响。2022 年，Yao 等 [28] 对滞止温度和槽宽影响氢气/空气旋
转爆轰波的传播模式进行了二维数值研究，发现增加滞止温度会导致混沌模式，而增加槽宽则可以在高
喷射总温下将 RDW 传播模式从混沌变为稳定模式。紧接着，2023 年，Chen 等 [29] 进行了进口总压分别
为 0.5 和 1.2 MPa 时 不 同 当 量 比 的 氢 气 /空 气 旋 转 爆 轰 波 传 播 特 性 的 二 维 数 值 研 究 ， 发 现 当 总 压 从

0.5MPa 增加到 1.2 MPa 时，RDW 的传播模式会从单波模式转变为同向双波模式和双波对撞模式。同
年，Wang 等 [30] 对氨/氢/空气混合物的 RDE 进行了二维模拟，发现随着氨当量比的增加，RDW 传播速度

092101-2