導讀：【據航空航天測試網站2025年6月3日報道】蘇黎世聯邦理工學院燃燒、聲學和流動物理學（CAPS）實驗室正在開展開創性的氫燃燒熱聲學不穩定性實驗研究，其將有助于研制第一代氫發動機。

CAPS實驗室最大的燃燒實驗設施可以開展發動機燃燒室的模擬高空試驗。試驗裝置有窗口，可以觀察燃燒，以認識發動機燃燒室的火焰。在實驗過程中，測量了溫度、壓力、聲場，并通過高速粒子圖像測速來分析火焰，同時也通過平面激光誘導熒光（PLIF）以及輻射與吸收光譜來分析火焰。PLIF是一種具有挑戰性的光學診斷方法，可以捕獲火焰的切片，以便精確分析其湍流、化學反應鋒面；可以看到火焰形態如何隨空氣和燃料質量流而變化；測試數據還可以驗證和改進數值仿真。

CAPS實驗室最近的項目主要集中在氫氣燃燒上。與像煤油那樣以液體注入噴氣發動機不同，氫燃料以氣體注入噴氣發動機，從根本上改變了燃燒過程。此外，氫氣的活性更強，燃燒速度比煤油快六倍。如果按功率輸出等量替換煤油，氫火焰會短得多，并可能向上游傳播到噴嘴，即所謂的回火，導致其損毀。解決這個問題的主要途徑是開發具有特殊空氣動力學特性的新型氫燃燒噴嘴技術。

熱聲不穩定性是CAPS實驗室正在研究的氫燃燒的另一個重大課題。熱聲不穩定性的機理是發動機燃燒產生的聲波導致火焰自發振蕩，可能引發劇烈振動，并導致發動機結構損毀。熱聲不穩定性很難預測，且從發動機外部無法察覺。該問題在煤油燃燒中同樣存在，但氫燃燒引發的振蕩頻率通常更高。

“氫氣的反應性更強，燃燒速度比煤油快六倍”

我們正在研究解決方案并已申請專利。可以通過改進燃料噴嘴以削弱火焰發出的聲音，或者在燃燒室中加裝聲學阻尼器來增強能量消散，從而抑制熱聲學不穩定性的形成。

氫燃料發動機的開發迫在眉睫，而相關應用研究對此至關重要。除試驗驗證外，目前尚無其他可靠的技術開發途徑——即便是超級計算機的數值仿真仍不足以完全替代試驗驗證。

來源：中國科協航空發動后產學聯合體

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