北京
导读：【据航空航天测试网站2025年6月3日报道】苏黎世联邦理工学院燃烧、声学和流动物理学（CAPS）实验室正在开展开创性的氢燃烧热声学不稳定性实验研究，其将有助于研制第一代氢发动机。
CAPS实验室最大的燃烧实验设施可以开展发动机燃烧室的模拟高空试验。试验装置有窗口，可以观察燃烧，以认识发动机燃烧室的火焰。在实验过程中，测量了温度、压力、声场，并通过高速粒子图像测速来分析火焰，同时也通过平面激光诱导荧光（PLIF）以及辐射与吸收光谱来分析火焰。PLIF是一种具有挑战性的光学诊断方法，可以捕获火焰的切片，以便精确分析其湍流、化学反应锋面；可以看到火焰形态如何随空气和燃料质量流而变化；测试数据还可以验证和改进数值仿真。
CAPS实验室最近的项目主要集中在氢气燃烧上。与像煤油那样以液体注入喷气发动机不同，氢燃料以气体注入喷气发动机，从根本上改变了燃烧过程。此外，氢气的活性更强，燃烧速度比煤油快六倍。如果按功率输出等量替换煤油，氢火焰会短得多，并可能向上游传播到喷嘴，即所谓的回火，导致其损毁。解决这个问题的主要途径是开发具有特殊空气动力学特性的新型氢燃烧喷嘴技术。
热声不稳定性是CAPS实验室正在研究的氢燃烧的另一个重大课题。热声不稳定性的机理是发动机燃烧产生的声波导致火焰自发振荡，可能引发剧烈振动，并导致发动机结构损毁。热声不稳定性很难预测，且从发动机外部无法察觉。该问题在煤油燃烧中同样存在，但氢燃烧引发的振荡频率通常更高。
“氢气的反应性更强，燃烧速度比煤油快六倍”
我们正在研究解决方案并已申请专利。可以通过改进燃料喷嘴以削弱火焰发出的声音，或者在燃烧室中加装声学阻尼器来增强能量消散，从而抑制热声学不稳定性的形成。
氢燃料发动机的开发迫在眉睫，而相关应用研究对此至关重要。除试验验证外，目前尚无其他可靠的技术开发途径——即便是超级计算机的数值仿真仍不足以完全替代试验验证。
来源：中国科协航空发动后产学联合体
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