脉冲爆轰发动机(Pulse Detonation Engine,简称PDE)作为一种新概念发动机,如何快速点火起爆以及提高推力是PDE工程应用中亟需解决的问题。等离子体点火技术可以提高点火起爆的成功率、有效缩短燃烧转爆轰(Deflagration to Detonation Transition,简称DDT)的距离和时间。开展基于等离子体射流点火、磁流体推力增益的PDE研究工作具有重要的工程应用价值。本文采用CE/SE方法编写程序,对等离子射流点火的PDE快速点火起爆过程,对含磁流体加速管、磁流体旁路的PDE增推过程进行了数值研究,同时对添加K2CO3电离种子的爆轰过程开展了数值与实验研究。主要研究内容如下:(1)建立了考虑等离子体射流点火的多相爆轰理论模型,推导了适用于等离子体射流点火的爆轰过程的CE/SE方法计算格式,编写程序对采用等离子体射流点火的脉冲爆轰发动机点火起爆过程进行了数值模拟,对比了等离子体射流点火与电火花塞点火两种不同点火方式下的DDT过程,讨论了不同等离子体射流点火能量和时间对燃烧转爆轰过程的影响,并通过实验对计算结果的可信性进行了验证。结果表明:CE/SE方法可以有效地捕捉爆轰流场中的激波、爆轰波等强间断。计算结果与实验结果在数值及趋势上均吻合较好,采用等离子体射流对PDE点火可以有效缩短DDT时间及距离。(2)建立了等离子体射流点火的脉冲爆轰发动机粘性多相爆轰模型,应用粘性CE/SE方法对爆轰模型进行了求解,分别以N-S方程和Euler方程为控制方程,比较了等离子体射流点火条件下粘性作用对爆轰参数的影响。在此基础上分析了不同的等离子体射流初始点火温度、时间以及初始液滴半径对DDT过程的影响。结果表明:粘性作用对爆轰波的传播趋势无影响,对爆轰波传播强度和速度有影响。提高初始等离子体射流点火的温度和时间,可以显著地缩短形成稳定爆轰的DDT距离,当等离子体射流已经充分点燃可爆混合物,继续增加射流时间对缩短DDT距离影响较小。在等离子体射流温度为5000K、射流时间为1μas点火条件下:液滴半径小于50μm时,爆轰波峰值压力随着液滴半径的增大而减小;液滴半径大于150μm时,液滴剥离蒸发时间过长不利于燃料的燃烧,燃烧释放能量无法提供激波传播所需能量,不能形成稳定爆轰波。(3)建立了含磁流体的爆轰模型,编写了基于CE/SE方法的计算程序对含磁流体加速装置的脉冲爆轰发动机点火、爆轰以及排气过程进行了数值研究。模拟了带磁流体加速器的脉冲爆轰发动机流场,揭示了磁流体加速器的增推过程,分析了磁流体加速器在不同磁感应强度、负载系数以及管长条件下对脉冲爆轰发动机推进性能的影响。结论如下:磁流体加速装置能够有效实现脉冲爆轰发动机的推力补偿。磁感应强度及加速段管长增加,脉冲爆轰发动机的冲量和平均推力均得到显著提高。存在一定的磁感应强度从而使脉冲爆轰发动机的推进性能提升率达到最大。(4)建立了含磁流体旁路的脉冲爆轰发动机气液两相爆轰模型。采用CE/SE方法对等离子体射流点火、爆轰过程以及磁流体旁路加速过程进行研究。分析了带磁流体旁路的脉冲爆轰发动机流场,讨论了四种不同形状喷管对PDE性能的影响,对比了磁流体旁路在不同磁感应强度以及不同管径条件下的PDE推进性能。结论如下:在无外加电磁场作用下,采用弧形收敛扩张喷管更有利于激波逆向传入旁路管中。磁流体旁路可以有效的实现脉冲爆轰发动机的推力补偿。在给定条件下,PDE的冲量和推力随着磁感应强度的增大而增大,推力增益效应在磁感应强度2T作用下最为显著。在旁路管的设计中管径不宜过宽也不宜过窄,存在最佳的管径使脉冲爆轰发动机增推性能达到最佳。(5)建立了含电离种子的脉冲爆轰发动机模型,推导了适用于模型方程求解的CE/SE方法计算格式,编写程序对含电离种子的等离子体与爆轰过程间相互作用进行了数值模拟。通过改变电离种子含量,分析了电离种子含量对电导率以及爆轰特性参数的影响,并通过外加电磁场装置实现对爆轰过程的MHD控制。结论如下:在PDE管中添加一定量的电离种子对爆轰过程影响较小,对爆轰等离子体的产生影响较大。随着电离种子含量的增大,爆轰管内离子质量分数和电导率先增大后减小,在电离种子含量0.05时,离子质量分数和电导率达到最大值。通过MHD控制可以实现爆轰的加减速过程。(6)搭建了火箭式汽油/富氧空气PDE实验平台,利用直接吸收光谱气体测试技术对添加K2CO3种子的爆轰过程中管口燃气速度进行了测试研究,通过离子探针、动态压力传感器对爆轰过程中产生的离子浓度、压力进行了探测,对不同点火频率下PDE起爆过程进行了研究,讨论了不同K2CO3种子含量下PDE爆轰参数以及推进性能。结论如下:在PDE管内添加电离种子可以提高爆轰过程中燃气的电导率,且随着电离种子含量的增大,电导率在不断增大。随着电离种子含量的增大,电导率提高幅度在减缓。点火频率5Hz、10Hz工况中均成功点火起爆并形成了稳定的爆轰波,且点火频率5Hz工况下形成稳定爆轰的压力峰值比点火频率10Hz工况下高17%。在点火频率20Hz工况下,PDE管中未完全填充燃料,爆轰波强度减弱并退化为激波在管中传播。添加一定含量的电离种子对爆轰过程中的燃气速度影响较小。本文基于等离子体点火技术开展了脉冲爆轰发动机快速点火起爆过程的数值研究,对添加电离种子的PDE爆轰过程进行了相关数值与实验研究,并成功将磁流体加速技术应用到PDE的推力增益研究中。本文研究工作对于提高脉冲爆轰发动机性能以及为发动机设计提供了重要的理论依据。