旋转爆轰发动机的多尺度物理：自孤子与调制不稳定性

我们开发了一个理论框架，用于预测并完整刻画旋转爆轰发动机（RDE）中非线性燃烧波传播的多种实验观测，包括燃烧脉冲的成核与形成、这些燃烧波前之间的类孤子相互作用，以及波的时间周期调制的基本潜在 Hopf 分岔。在该框架中，锁模结构被归类为自孤子，即稳定传播的非线性波，其中非线性、色散、增益和耗散的局部物理恰好平衡。我们发现 RDE 燃烧室中的全局主导平衡物理本质上是耗散且多尺度的，其中局部快尺度（纳秒至微秒）燃烧平衡生成基本的锁模自孤子态，而慢尺度（毫秒）增益-损耗平衡决定了自孤子总数目的不稳定性和结构。以此方式，全局多尺度平衡物理产生了稳定结构——而不仅仅是经典爆轰理论所规定的波前动力学。RDE 燃烧室的实验观测和数值模型在无需参数调整的情况下具有很强定性一致性。此外，RDE 类比系统的数值延拓（计算分岔追踪）确定，稳定传播脉冲列的 Hopf 分岔导致了 RDE 的基本不稳定性，即波的时间周期调制。在参数空间中 Hopf 轨道分支上存在着连续统的波对相互作用，表现出不同强度的孤子型相互作用。