某超燃冲压发动机尾喷管的三维流场特性

超燃冲压发动机结构简单,推重比大,应用前景广阔.但其流场结构十分复杂,研究超燃冲压发动机三维流场结构具有重要的意义.采用计算流体力学软件对某超燃冲压发动机尾喷管的三维流场进行数值模拟,先后得到了流场的密度、马赫数、涡量及速度矢量线图.结果表明:喷管内及侧壁面出口处存在膨胀波.各个壁面出口处附近的流场存在羽流激波和剪切层,内喷管出口周围的羽流激波和剪切层呈环状分布在流场周围,上壁面尾部受羽流激波的影响产生一道由压强决定的管内斜激波.内喷管出口及上壁面尾部处也均存在流向涡结构.     

乙烯燃料超燃燃烧室燃烧流动过程的数值模拟

采用壁面燃料喷射并结合凹槽结构作为火焰稳定机制是超燃冲压发动机燃烧室设计的理想方案。利用非定常方法研究了带凹槽的超燃冲压发动机壁面横向喷射乙烯燃料的火焰稳定过程,分析了不同当量比下的火焰稳定机制。结果表明：在燃烧室入口马赫数2、总温950 K、总压0.82 MPa条件下,冷流流场达到稳定所需时间约为9 ms;当凹槽台阶下游喷注当量比为0.1时,火焰稳定模式为燃料尾迹与凹槽共同形成的回流区稳定模式;当凹槽台阶下游喷注当量比为0.3时,火焰稳定模式为完全处于凹槽回流区稳定模式;当凹槽上游壁面喷注当量比为0.1时,火焰稳定模式为凹槽回流区稳焰模式;当凹槽上游壁面喷注当量比为0.3时,火焰稳定模式为射流回流区和凹槽回流区稳焰模式。     

高焓条件下燃料点火延迟调节对超燃发动机燃烧性能的影响

为了研究燃料与空气化学反应活性变化对超燃冲压发动机燃烧性能的调节机制,本文以氢燃料为基础,基于阿伦尼乌斯反应动力学体系和不确定量化分析(Uncertainty Quantification,UQ)方法,构建点火延迟可调的燃料模型,通过一系列的数值计算,对比分析燃料在不同点火延迟特性下的超声速燃烧特性。计算结果表明：基于不确定量化分析方法能够合理地构建基于点火延迟时间的氢燃料特性变化模型;当前高焓来流环境下,随着燃料点火延迟的增加,燃烧效率并不简单的单调递减,以氢气的基准点火延迟为参照,燃烧效率随点火延迟的变化存在两个清晰的拐点,并以此构成三个不同的特征区域,说明燃料的点火延迟特性对燃烧性能起不同程度的调控作用,详细的流动机理有赖于进一步针对燃烧流动结构形成和演化过程的精细化研究。     

等压和等面积燃烧条件下超燃冲压发动机性能对比分析

超燃冲压发动机是指燃料在超声速气流中进行燃烧的冲压发动机,具有结构简单、成本低、单位推力高和速度快的优点,已成为高超声速导弹武器系统及可重复使用军用航天器动力系统领域的研究热点之一。本文通过对超燃冲压发动机建模,并分别对等压燃烧和等面积燃烧过程进行仿真,对比分析了两种情况下的发动机性能参数变化,在改进燃烧室几何构型和提高发动机性能方面具有理论指导意义。     

超燃冲压发动机燃烧室内湍流燃烧流场的数值模拟研究

应用经显式可压缩修正的SST湍流模型,对超燃冲压发动机燃烧室流场进行了三维数值模拟,并与实验结果进行了对比.通过对燃烧室流场数值模拟结果的分析给出了湍流燃烧流场的特征.为了定量分析超声速流动条件下湍流燃烧的作用特点,基于湍流燃烧理论与湍流燃烧的数值模拟结果,通过对控制无量纲参数在流场中变化的研究发现：超声速燃烧发生的区域为充分发展的湍流区;在喷口附近湍流和燃烧的作用最强烈;超声速燃烧流动中,湍流引起的火焰非定常效应和局部火焰熄灭现象均可忽略,定常火焰面的近似假设是成立的.     

H2／O2可燃系统着火时间的极值和临界特性研究及应用

提出了P-T图上反映可爆平面着火时间分布特征的极小值L曲线、极大值H曲线和临界值C曲线，其与临界爆炸曲线一起，使得人们对P-T图上任一状态点能否爆炸以及爆炸过程实现的快慢能够获得全面了解．这3条曲线可以用1．2k1=ks[Ms]，（k11/k10＋1）k1=ks[Ms]和2k1=ks[Ms]来描述，从而为这些表达式赋予了物理解释，同时也为建立这3条曲线提供了新的途径．基于着火时间的等值线图，用热爆炸理论阐述了爆炸临界曲线具有“Z”字形．进一步，基于着火时间预测平板混合层超燃过程的点火距离，得到了合理的结果．     

小支板后不同喷孔形状射流的气动特性

针对带有小支板后低动压喷注的超声速流场进行数值模拟,分析了有无小支板时6种不同喷孔形状的流场特性。研究结果表明:小支板能显著提高后方不同喷孔横向射流的穿透深度、促进燃料与来流掺混并且不会导致较大的总压损失;小支板与方孔、圆孔和三角形喷孔组合时流场特性差异并不大,与长宽比为10:1的喷孔和菱形孔组合混合效率提升得较为显著;大长宽比喷孔能使射流充分利用小支板后缘的低压区与强湍流区,从而发挥出比无小支板时更为优越的掺混特性;通过研究进一步认识了小支板后低动压喷注的流场特性,为优化喷射装置提供了依据。     

不同燃料超声速燃烧室准一维计算模型

快速高效的准一维计算是超燃冲压发动机设计的重要研究方法。该文发展建立了适用于气态或液态燃料、包含隔离段结构、跨声速工况的准一维通用计算模型。该模型以Euler方程组作为基本控制方程,综合考虑了燃烧室截面面积变化、液态燃料蒸发相变、燃料质量添加、摩擦力项以及隔离段内斜激波串结构对流动的影响等因素。依次以NAL氢燃料发动机实验、气态煤油燃料发动机实验和液态煤油燃料发动机实验等3个不同燃料实验作为验证算例对模型进行考核,计算结果与实验数据均吻合良好,验证了模型的有效性和准确性。该模型可进一步应用于各类燃料的超燃冲压发动机燃烧室结构及工作参数的设计与优化等研究工作。