高超音速飞行技术的快速发展对推进系统提出了极高的要求，其中超燃冲压发动机被视为最具前景的吸气式推进方案[1,2]。超燃冲压发动机燃烧室的核心挑战在于在超音速气流的毫秒级停留时间内完成燃油喷射、混合、蒸发和稳定燃烧[3,4]。在各种燃料中，液态煤油因其高能量密度和储存优势而备受青睐[5,6]，但其实际应用受到雾化、蒸发和混合困难的限制，这些困难给实现可靠点火和稳定燃烧带来了重大挑战[7,8]。
为了解决这些问题，人们广泛研究了多种火焰稳定和点火增强技术[[9], [10], [11]]。其中，腔式火焰稳定器通过形成低速再循环区来固定火焰，是一种常用的方法[[12], [13], [14], [15]]。基于支杆的火焰稳定器则是另一种主流方法，它将燃料注入核心流中，并利用尾流再循环区来稳定火焰，从而降低壁面热负荷[16,17]。为了进一步提高煤油的点火效果，等离子体喷射[18,19]和激光诱导击穿[20]等主动方法也被证明是有效的。然而，在基于支杆的燃烧室内要可靠地点燃煤油，通常需要采用高焓喷射[21]或供氧[22], [23], [24]等方法来生成局部高温引燃区或高反应性区域。尽管这些方法有效，但它们需要携带额外的氧化剂，这会增加重量并增加系统复杂性，从而影响飞行器的整体性能。
在这种情况下，使用低点火延迟的气态燃料来维持引燃火焰而不需要额外供氧，为点燃主燃油提供了一种有吸引力的替代方案[[25], [26], [27]]。乙烯作为一种典型的引燃燃料，特别适合用于此目的，因为它是煤油热解的主要中间产物[28]，其与主燃料具有天然的化学亲和性，有助于促进协同燃烧[29,30]。与氢气相比，乙烯具有更高的密度和更好的安全性，同时在超音速流中仍能保持足够的反应性。引燃火焰在支杆尾流中形成一个连续且稳定的高温区域，为后续注入的液态煤油提供所需的能量和活性自由基。根据史等人的实验研究，超燃冲压发动机燃烧室内煤油的火焰稳定需要持续供应当量比≥0.080的引燃氢气[25]。史等人还研究了使用超临界燃油喷射时引燃氢气对煤油燃烧的影响，发现过量氢气会提高燃烧强度但降低效率[26]。包西等人通过实验和数值模拟研究了整体式壁面喷射器和下游气体引燃火焰的效果，证实了气体引燃火焰在超音速流中同时具有点火器和稳定器的作用[31]。刘等人通过LES和实验研究了结合使用乙烯喷射器的超燃冲压发动机中的瞬态点火过程，证实了在腔体前沿形成了连续的引燃火焰[32]。史等人还研究了不同当量比下引燃氢气对燃烧的影响，发现高当量比会导致燃烧强度提高但效率降低[33]。田等人通过实验研究了引燃氢气和煤油喷射器位置对点火和火焰稳定的影响，发现喷射位置决定了点火难易程度以及引燃后火焰的稳定性[34]。潘等人在腔体稳定的超燃冲压发动机中实验表明，当引燃氢火焰以“火焰包裹气流”模式稳定时，对于成功点燃煤油至关重要[35]。田等人还在腔体稳定的超燃冲压发动机中通过实验验证了引燃氢辅助脉冲喷射对煤油点火和火焰稳定性的提升作用[36]。
尽管引燃点火技术在腔体式燃烧室中展现出巨大潜力，但在基于支杆的火焰稳定器中的应用研究仍相对较少。与腔体提供的稳定、低速再循环区不同，支杆尾流区域的流动结构更为复杂，这对引燃火焰的稳定性及其与主燃料的相互作用提出了更高要求。因此，关于在超音速流中利用乙烯引燃煤火的几个关键科学和技术问题仍未得到解答。目前尚缺乏对引燃火焰强度如何影响瞬态点火过程和燃烧稳定性的系统理解。更重要的是，关于支杆燃烧室内的燃油喷射策略——特别是引燃气体与主燃料的相对空间布置——被认为是控制燃油-空气混合、火焰核心形成和点火成功的关键因素，但相关对比研究却十分匮乏。
为填补这些知识空白，本研究详细实验研究了在马赫2.8进气条件下，利用乙烯引燃煤油的点火过程。主要研究目标包括：（1）通过高速火焰化学发光成像和壁压测量，揭示“稳定-扰动-再稳定”阶段的点火动态；（2）量化引燃火焰当量比对点火效果和后续燃烧特性的影响；（3）评估和比较不同燃油喷射配置的有效性，以确定高效且稳定的点火所需的最优空间布置。通过阐明背后的物理机制并提供优化喷射方案的定量依据，本研究旨在推动可靠、高性能的煤油燃料超燃冲压发动机的发展。
