图1。3 爆震波的一维ZND模型及热力学性能

1。3  连续旋转爆震发动机的研究进展

1。4  基于离子电流测量技术的发展

正是由于爆震波的特性，造成爆震发动机燃烧室内是一个高温、高压和强冲击的恶劣环境，并且反应物和爆震产物具有强烈的腐蚀性。使得一般的传统测量仪器在这种恶劣环境内不能持续长时间工作。例如，Ngugen曾指出在爆震波测量实验中，压力传感器在剧烈振动和高负荷环境下经常失效[27]。因此，迫切需要一种新的测量技术，并且其测量仪器能够持续长时间抵抗如此恶劣的环境。

基于离子电流的测量技术有望能解决旋转爆震发动机内高温、高压和强冲击条件下的测量问题[28]。其测量原理为：根据一维ZND模型，爆震波是由前导激波和后面化学反应区组成，化学反应区内存在大量带电粒子。若通过离子探针向爆震火焰内加入偏置电压，从而在离子探针两极间形成偏置电场，化学反应区内离子在电场作用下定向运动形成离子电流，通过一定的采集电路采集离子电流或者离子探针两端的电压，其变化和爆震波的压力变化必然存在一定的关系。该测量技术中测量元件就是离子探针，其结构简单，能够适应爆震发动机中高温、高压和强冲击的环境，并且响应速度快，可以直接伸入到火焰中。文献综述

1957年，Calcote就进行了火焰中离子电流形成机理的研究[29]。他认为，火焰中的离子不是燃烧气体中的杂质，也不是粒子的热电离而产生。通过对大量碳氢火焰的研究，他认为碳离子在离子形成上起到主要作用。在接下来的四十多年里，各国科学家都加入到对火焰中离子形成机理的研究当中。1997年，Fialkov总结了过去几十年有关离子形成机理的理论和实验研究成果[30]。

目前基于离子电流的测量传感器主要用在研究汽车发动机燃烧中。1999年，Jurgen[31]等人设计了一个离子电流测量系统，并将其应用到汽车发动机的失火和敲缸的探测中。2000年，Schneider[32]研究了离子电流与内燃机工作参数的之间的关系，分析了气缸内平均压力和和峰值压力位置与离子电流的关系。2001年，Lundstrom等人[33]利用离子电流方法制作了一个能够检测内燃机内失火的简易失火探测器。Byttner等人[34]研究得到了怎样通过离子电流来估计燃烧室内平均压力变动系数，从而可以评估内燃机中的燃烧稳定性。

我国离子电流测量技术应用在汽车发动机领域的研究开始于上世纪90年代，经过十几年的大量研究，取得了丰硕的成果。1998年，西安交通大学吴筱敏教授和其团队等人[35]提出利用火花塞作为离子电流传感器检测气缸内工作过程的方法。进行了离子电流测量技术在汽车发动机燃烧室内的应用研究，获得了气缸内负荷、压力峰值和离子电流的关系。随后的研究中，他们进行了离子电流影响因素[36-37]、汽车发动机爆震检测[38]、离子电流信号分析[39]等研究。2001年，许沧粟等人[40]利用离子电流测量技术进行了汽车发动机早燃和爆震检测、提前点火控制等实验,并于2002年提出了发动机爆震基于离子电流检测的测量原理和方法[41]。

1。5  本文研究的主要问题和主要内容

1。5。1  本文研究的主要问题

上面已经简单介绍了旋转爆震发动机和基于离子电流测量技术的研究进展和取得的丰硕成果。下面针对目前的研究进展介绍一下本文研究的主要问题，主要有：

 (1) 现有主要研究火焰离子电流的文献中很多都是在低压低速条件下进行的，而汽车发动机燃烧中离子形成机理探究大多考虑的是热电离的影响。对于旋转爆震波，化学反应跟随着前导激波高速传播，这种高温、高压和高速的环境下离子形成机理以及测量技术的研究还有待进一步研究。