本发明属于旋转爆震发动机热车试验模型领域，具体涉及形态可重组的多功能旋转爆震发动机排气系统及使用方法。
背景技术：
1、相较于传统的基于缓燃过程的航空发动机，基于爆震现象的推进系统在热机效率上具有明显的优势，因为爆震波能快速地进行化学释热，气流经过爆震波后流动参数陡增且熵增较小。不同于布雷顿循环，爆震现象对应的znd循环在相同的初始状态下在压力-比容图线中会多出一个尖峰，通常引起净压升和有用功的增大。为了有效地利用爆震波千米每秒量级的传播速度以及释热反应与激波强耦合的效应，主流的爆震发动机有斜爆震发动机、脉冲爆震发动机和旋转爆震发动机，但前两者常常面临着气动和几何限制所造成的技术难题。在斜爆震发动机中，爆震波常常由侵入式结构或倾斜壁面诱导产生，但此举往往会使波阻增大且很大程度上限制了飞行区间；在脉冲爆震发动机中，爆震波常常由火花塞间断性地放电触发，其波面从直管道封闭端向开口端运动。脉冲爆震发动机的工作频率受到机械阀门以及燃气吹除过程的限制，处在百赫兹量级；对于旋转爆震发动机，爆震波能在单次点火的情况下持续地沿着周向传播。相比于脉冲爆震发动机单次循环中存在部分负推力，旋转爆震发动机能持续地产生正推力。旋转爆震发动机有望为高速飞行器的动力系统带来新的技术革新。
2、随着对低成本快速可达需求的攀升，旋转爆震发动机受到研究者的关注度也日益增加。为有效地利用旋转爆震发动机燃料驻留时间长、结构相对简单紧凑和高比冲的特点，需在燃烧室下游连接合适的排气系统，从而达到气流高效膨胀加速的目的。但由于燃烧室内周期性扫掠的激波的影响，喷管内也存在着高频周期性的流动参数突变现象。为明确适用于旋转爆震发动机的排气系统的内流道型面，传统实验模型往往需要加工多套分别进行研究，无疑增大了实验成本。然而，本发明将充分基于互换性原理对旋转爆震发动机排气系统各部件进行设计，通过通过增减塞锥、唇罩、内外环等直段和内外环面收缩段，获得不同形态的旋转爆震发动机排气系统，从而低成本地完成谱系化热态实验研究。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供形态可重组的多功能旋转爆震发动机排气系统，其各部件经过充分的互换性原理设计，达到通过增减塞锥、唇罩、内外环等直段和内外环面收缩段获得不同形态的旋转爆震发动机排气系统，包括短钝头、长钝头、唇罩固定/塞锥内缩、塞锥固定/唇罩内缩、喉道无错位、唇罩固定半桶式、无唇罩塞式共7种内流道气动型面。本发明通过简单的增减部件，谱系化的低成本地进行热态点火实验。通过外环壁面布置的火花塞安装孔，实现旋转爆震发动机的初始点火；通过外环壁面布置的动态压力传感器安装孔，实现旋转爆震发动机的爆震波波头数、传播方向以及传播频率的测量；通过唇罩布置的压力变送器探针安装孔，实现旋转爆震发动机排气系统在不同落压比和当量比下的沿程压力分布。本发明能有效地探索不同形态的旋转爆震发动机排气系统在不同热态工况下的适应性。
2、技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、形态可重组的多功能旋转爆震发动机排气系统，包括外环安装法兰盘、内环镂空型柱面、内环面等直段、内环面收缩段、截短型轴对称塞锥、外环面收缩段、外环唇罩：
4、所述外环安装法兰盘上沿周向均布多个由外向内的径向单向阀，并在所述的径向单向阀的一侧、所述外环安装法兰盘上开有火花塞连接孔；所述外环安装法兰盘与内环镂空型柱面之间可拆卸连接；
5、所述内环镂空型柱面几何特征上为圆柱凹腔的柱面上沿周向均布多个通孔，安装条件下气流从圆柱凹腔的进口进入，随后从通孔径向进入旋转爆震发动机燃烧室喷注端上游；所述内环镂空型面由圆柱台阶和内环等直段定心定位，并可拆卸连接；
6、所述内环等直段安装面尺寸和内环面收缩段、截短型轴对称塞锥均保持一致；所述内环等直段与内环面收缩段以及截短型轴对称塞锥之间可拆卸连接；
7、所述内环面收缩段还能通过径向螺纹沉孔与截短型轴对称塞锥连接紧固；
8、所述外环面收缩段与外环安装法兰盘之间可拆卸连接；
9、所述外环唇罩除了能与外环面收缩段连接外，还能直接与外环安装法兰盘进行连接；所述外环唇罩内壁面由基于最大推力理论的特征线设计，其外壁面开有沿轴向分布且与内壁面法向垂直的压力变送器安装孔，用于连接压力变送器探针。
10、优选的，通过增减截短型轴对称塞锥、外环唇罩、内环面等直段和外环面收缩段，实现旋转爆震发动机排气系统的形态重组，从而获得短钝头、长钝头、唇罩固定/塞锥内缩、塞锥固定/唇罩内缩、喉道无错位、唇罩固定半桶式、无唇罩塞式共种内流道气动型面；
11、所述短钝头构型包括外环安装法兰盘和内环镂空型柱面；
12、所述长钝头构型包括外环安装法兰盘、内环镂空型柱面和内环面等直段；
13、所述唇罩固定/塞锥内缩构型包括外环安装法兰盘、内环镂空型柱面、内环面等直段、截短型轴对称塞锥、外环面收缩段和外环唇罩；
14、所述塞锥固定/唇罩内缩构型包括外环安装法兰盘、内环镂空型柱面、内环面等直段、内环面收缩段、截短型轴对称塞锥和外环唇罩；
15、所述喉道无错位构型包括外环安装法兰盘、内环镂空型柱面、内环面等直段、内环面收缩段、截短型轴对称塞锥、外环面收缩段和外环唇罩；
16、所述唇罩固定半桶式构型包括外环安装法兰盘、内环镂空型柱面、外环面收缩段和外环唇罩；
17、所述无唇罩塞式构型包括外环安装法兰盘、内环镂空型柱面、内环面等直段、内环面收缩段、截短型轴对称塞锥和外环面收缩段。
18、优选的，所述的外环安装法兰盘上设有动态压力传感器安装孔，通过动态压力传感器安装孔与动态压力传感器连接，从而感知旋转爆震发动机中爆震波波头数和爆震波传播频率；所述的外环唇罩上设有压力变送器安装孔，通过压力变送器安装孔与压力变送器探针连接，感知不同落压比和当量比条件下外唇罩壁面沿程压力分布。
19、优选的，所述外环安装法兰盘的底部有圆柱台阶，圆柱台阶深度与半径与内环镂空型柱面的圆盘安装边尺寸一致；所述外环安装法兰盘与内环镂空型柱面之间通过轴向螺纹沉孔进行连接；所述内环镂空型面由圆柱台阶和内环等直段通过径向螺纹沉孔进行连接；所述内环等直段与内环面收缩段以及截短型轴对称塞锥的连接紧固均通过径向螺纹沉孔。所述截短型轴对称塞锥内部通过多级台阶沉孔的形式减重，其外壁面由基于最大推力理论的特征线设计；所述外环面收缩段与外环安装法兰盘通过圆柱台阶定心定位，并由周向均布的径向螺纹沉孔进行连接；
20、形态可重组的多功能旋转爆震发动机排气系统的使用方法，高压空气先进入内环镂空型柱面的圆柱凹腔的进口而后由径向通孔进入旋转爆震燃烧室稳压腔，经过旋转爆震燃烧室喷注口收缩段后气流加速，经过旋转爆震燃烧室喷注口膨胀段后进一步膨胀加速，并与喷注口喉道的燃料径向射流孔喷注的燃料相互作用，形成较为均匀的雾化颗粒，扩大了空气与燃料微滴之间的接触面积，有利于点火以及稳定火焰；
21、所述外环安装法兰盘外侧安装的径向单向阀，保证了燃料流向为由外向内的径向注入，径向单向阀到径向射流孔的流道面积逐渐减小；通过火花塞连接孔安装有火花塞，火花塞通过高压放电过程在喷注口下游扩张段内形成高压电弧，直接触发爆震现象；借助火花塞产生的电弧的非对称性，产生反向传播的一强一弱的爆震波，通过多次双波对撞过程进行爆震波波系的自适应调控，最终获得稳定的单向爆震波传播模态。
22、有益效果：本发明提供的形态可重组的多功能旋转爆震发动机排气系统，可通过增减塞锥、唇罩、内外环等直段和内外环面收缩段，实现旋转爆震发动机排气系统的形态重组，从而获得短钝头、长钝头、唇罩固定/塞锥内缩、塞锥固定/唇罩内缩、喉道无错位、唇罩固定半桶式、无唇罩塞式共7种内流道气动型面，有助于进行旋转爆震发动机排气系统的谱系化热态实验研究。
1.形态可重组的多功能旋转爆震发动机排气系统，其特征在于：包括外环安装法兰盘(1)、内环镂空型柱面(2)、内环面等直段(3)、内环面收缩段(4)、截短型轴对称塞锥(5)、外环面收缩段(6)、外环唇罩(7)：
2.根据权利要求1所述的形态可重组的多功能旋转爆震发动机排气系统，其特征在于：通过增减截短型轴对称塞锥(5)、外环唇罩(7)、内环面等直段(3)和外环面收缩段(6)，实现旋转爆震发动机排气系统的形态重组，从而获得短钝头、长钝头、唇罩固定/塞锥内缩、塞锥固定/唇罩内缩、喉道无错位、唇罩固定半桶式、无唇罩塞式共7种内流道气动型面；
3.根据权利要求1所述的形态可重组的多功能旋转爆震发动机排气系统，其特征在于：所述的外环安装法兰盘(1)上设有动态压力传感器安装孔，通过动态压力传感器安装孔与动态压力传感器连接，从而感知旋转爆震发动机中爆震波波头数和爆震波传播频率；所述的外环唇罩(7)上设有压力变送器安装孔，通过压力变送器安装孔与压力变送器探针连接，感知不同落压比和当量比条件下外唇罩壁面沿程压力分布。
4.根据权利1所述的形态可重组的多功能旋转爆震发动机排气系统，其特征在于：所述外环安装法兰盘(1)的底部有圆柱台阶，圆柱台阶深度与半径与内环镂空型柱面(2)的圆盘安装边尺寸一致；所述外环安装法兰盘(1)与内环镂空型柱面(2)之间通过轴向螺纹沉孔进行连接；所述内环镂空型面(2)由圆柱台阶和内环等直段(3)通过径向螺纹沉孔进行连接；所述内环等直段(3)与内环面收缩段(4)以及截短型轴对称塞锥(5)的连接紧固均通过径向螺纹沉孔。所述截短型轴对称塞锥(5)内部通过多级台阶沉孔的形式减重，其外壁面由基于最大推力理论的特征线设计；所述外环面收缩段(6)与外环安装法兰盘(1)通过圆柱台阶定心定位，并由周向均布的径向螺纹沉孔进行连接。
5.根据权利要求1所述的形态可重组的多功能旋转爆震发动机排气系统的使用方法，其特征在于：高压空气先进入内环镂空型柱面(2)的圆柱凹腔的进口而后由径向通孔进入旋转爆震燃烧室稳压腔(8)，经过旋转爆震燃烧室喷注口收缩段(9)后气流加速，经过旋转爆震燃烧室喷注口膨胀段(10)后进一步膨胀加速，并与喷注口喉道的燃料径向射流孔(11)喷注的燃料相互作用，形成较为均匀的雾化颗粒，扩大了空气与燃料微滴之间的接触面积，有利于点火以及稳定火焰；
