关于固体推进剂燃烧不稳定性研究

本文介绍了英国火箭推进研究院进行固体推进剂燃烧不稳定性研究的工作计划。 文中讨论了数据采集和处理的技术,并例举了实用发动机燃烧的不稳定性。还描述了研究不稳定性的发动机和测量在振荡压力和速度条件下固体推进剂试样的燃烧速率系统。给出一些实测结果的例子。     

固体火箭发动机的声学分析及燃烧稳定性预估

提出一种预估固体火箭发动机燃烧稳定性的方法。文中着重研究了燃烧室内腔声场的有限元数值分析问题,并应用声学有限元素法对一个二维轴对称装药发动机燃烧室内腔进行了固有频率及固有振型计算。随后,在声学分析的基础上对该发动机做了燃烧稳定性预估。其结果与多次试车的结果一致。最后还就声学分析的验证,减少机时和内存,微粒尺寸的确定,预估方法及计算程序的通用性等问题进行了讨论。     

固体推进剂燃烧表面温度的预估

通过对燃烧表面附近气相产物的分析,建立了固体推进剂化学结构与燃烧表面温度(Ts)的对应关系。在一定假设和实验的基础上,使对应关系定量化,由此提出了预估推进剂燃烧表面温度的方法。由该预估方法计算的燃烧表面温度、及其随压强变化的规律都与实际情况基本一致。并进一步提出了燃烧表面温度与催化剂分解峰温(Tm)相匹配原则,作为推进剂燃烧催化剂选择的新原则。     

液氧/烃液体火箭发动机燃烧模型及计算机模拟

本文提出了一个通用的液氧/烃液体火箭发动机燃烧模型.模型采用多流管压力耦合方法,并考虑了推进剂液滴剥离、高压超临界燃烧和液膜冷却等对发动机燃烧过程的影响.利用本模型对液氧/丙烷发动机燃烧过程的计算模拟表明:本模型为液氧/烃发动机燃烧过程的模拟和性能预估提供了一个有效的理论工具.     

超声速混合层燃烧研究进展

超声速混合层燃烧研究是解决超声速燃烧难点的有效途径,对于超燃冲压发动机的发展具有重要意义。这一领域在过去20多年中开展了大量工作,需要对此进行总结。由于无反应超声速混合层流动特性研究是超声速混合层燃烧研究的基础,因此,首先综述了该流动特性,包括瞬时流场结构和时均统计特性;其次,讨论了着火特性,包括着火距离和着火过程;再次,综述了火焰特性,特别是火焰结构;然后,关注了熄火特性;接着,对释热和可压缩性影响进行了总结;最后,给出了燃烧不稳定性的研究进展。通过综述可知,超声速混合层燃烧研究仍需开展大量工作。在着火特性、火焰特性和熄火特性方面,后续研究可重点采用湍流数值模拟和详细反应机理,研究着火过程、火焰传播过程和熄火过程,以及流动参数、热力学参数、组分参数和外界因素对着火距离、火焰结构和熄火位置的影响;在释热和可压缩性影响方面,后续研究可采用高精度数值或实验方法,重点研究高释热和高可压缩性条件下有反应超声速混合层的瞬变特性和统计特性;燃烧不稳定性方面,后续研究可采用高精度数值或实验方法,重点研究超声速混合层燃烧不稳定性产生的普遍准则及其内在机制。     

自燃推进剂火箭发动机燃烧不稳定性研究

发展了自燃推进剂（ＭＭＨ／ＮＴＯ）火箭发动机燃烧不稳定性的综合分析模型。以蒸发作为燃烧速率控制过程,研究了燃烧不稳定性的机理,提出了轴向声腔模型并对其抑制不稳定燃烧的特性进行了数值模拟研究,得到了声槽特性频率驿燃烧不稳定性的影响规律,描绘出声腔影响燃烧不稳定性的具体场景,数值模拟结果与理论分析及试车结果是相符的,对轴向声槽的分析设计将具有广泛的指导意义。     

固体火箭发动机不稳定燃烧研究进展

对固体火箭发动机不稳定燃烧的国内外研究现状和进展进行了详细综述.分别从物理概念、理论预估模型、实验研究、数值模拟等方面出发,论述了不稳定燃烧研究过程中的难点和一些经验教训.提出了应加强流场与声场能量交换、铝粉综合作用等机理的理论研究;开展分布燃烧、脉冲触发不稳定燃烧的实验研究;进一步开发稳定性预估软件等观点,为国内固体火箭发动机在该领域的研究提供参考.      

冲压发动机燃烧不稳定性数值研究

使用FLUENT CFD计算软件开展了号冲压发动机燃烧不稳定性问题的数值研究。采用Finite-Rate/Ed-dy-Dissipation燃烧模型,随机轨道颗粒模型,考虑燃油液滴的一次雾化、二次雾化、蒸发和掺混,计算获得燃烧室内部热释放率、压力随时间的变化曲线,依照瑞利准则讨论了该型号发动机燃烧不稳定性的机理。     

喷雾特性对液体火箭发动机燃烧稳定性的影响

用数值方法研究了一甲基肼／四氧化二氮自燃推进剂（ＭＭＨ／ＮＴＯ）喷雾液滴直径对火箭发动机燃烧稳定性的影响。从喷雾特性对蒸发速率的影响规律出发,发展了喷雾液滴大小影响蒸发速率的物理模型。以蒸发作为燃烧速率控制过程,由ＭＭＨ的分解蒸发速率来控制。用蒸发和分解的时滞分析了燃烧不稳定性,应用ＣＦＤ技术发展了评定燃烧稳定性的脉冲枪模型,得到了对燃烧振荡的敏感分析,并给出了燃烧稳定性的极限图。     

固体火箭发动机燃烧稳定性预估的三维通用计算方法

针对一个变截面开槽管状装药单室双推力发动机，讨论如何应用三维声学有限元分析来确定燃烧室内腔的声学特性，以及在此基础上进行发动机燃烧稳定性预估的三维计算方法，目的是为研制部门提供通用的软件。应用本文编制的计算程序进行试算的结果表明：（１）燃烧室内腔前１０阶固有振型的预估误差不大于３％；（２）该发动机的燃烧稳定性接近临界状态，与地面试车情况定性一致。最后，还就声学分析的验证，减少占用内存及计算机时，以及预估方法的进一步改进等问题做了必要的讨论。     

液体火箭发动机燃烧不稳定性分析模型

通过一个简化的物理模型，运用计算流体动力学分析方法，研究了液体火箭发动机的不稳定燃烧现象，验证了该模型及分析方法的简捷和有效性。描述发动机燃烧室内气相流动过程的控制方程是非稳态准一维欧拉方程组，液相则用拉格朗日方法描述，方程组中的源项反映了气液两相耦合及液雾蒸发燃烧的影响。针对不稳定燃烧的机理，考察了压力脉动随着时间的推进对声学扰动的敏感性。计算格式采用两步积分的预测校正法进行选代求解。     

复合固体推进剂燃速模拟计算数值方法研究

本文以改进的BDP燃烧模型为基础,叙述了燃烧速度计算的多种数值方法.对扩散火焰的模拟采用了精确求解与简化公式.结果表明,精确计算的程序对燃烧压力范围和氧化剂粒径大小可任一选取,并可以提高计算精度,而用简化近似计算仅对较大粒径的氧化剂和较高燃烧压力才是有效的.     

Numerical Simulation of the Flow in the Scramjet Combustion Chamber Taking into Account Nonequilibrium Chemical Reactions

A method for numerical simulation of the combustion of hydrogen in a supersonic air flow is developed. Comparison of the calculation results with the experimental data showed a satisfactory agreement. The calculation results using the nonequilibrium and equilibrium techniques differ from each other. It is shown that combustion parameters substantially depend on the geometric characteristics of the inlet device, the combustion chamber and the nozzle.     

加力燃烧室壁温测量试验研究

加力燃烧室燃烧段的壁温对飞机和发动机的安全关系重大,单靠数值计算是很不够的,目前主要靠测试取得。燃烧段通常是双层壁,加风罩则为三层。本文介绍了内外壁和风罩的温度测量方法及其试验研究。该方法对加力燃烧室的研制具有重要意义,无论是对于新机还是批生产发动机都有重要的参考价值。     

统计推算燃烧室出口热点温度的优化方法

根据统计学原理 ,采用优化方法 ,对燃烧室在某一状态下出口截面温度的多点测量值进行数据处理 ,确定其最佳的威布尔分布方程 ,并进而导出该状态下出口热点温度的推算公式。结果表明 ,燃烧室出口截面上最大概率的最高温度值总是高于多点测量中测到的最高值。因此 ,通常把后者视同真实最高值 (热点温度 )是不恰当的。认识这一事实具有理论上和实践上的重要意义。     

基于传热反问题方法的N_2O/C_2H_4预混推进剂燃烧室热流测量研究

测量液体火箭发动机的热载荷是获取燃烧室内部信息的重要方法。为了获取N_2O/C_2H_4预混推进剂燃烧室内壁的热载荷,建立了液体火箭发动机的热流计算的反问题方法,该方法基于对燃烧室壁面温度场的直接求解,通过对轴向多个位置测量温度的反演计算得到燃烧室内壁热流和温度。研究表明:应用文中建立的传热反问题方法能够较为准确地获得热流随时间及空间的分布;热电偶的位置对计算准确性有明显的影响,与理论深度偏差在0.2mm以内的随机深度偏差可导致超过4%热流反演误差;N_2O/C_2H_4预混推进剂燃烧室热流及温度沿轴向逐渐降低,表明燃烧室内的反应释热过程主要在燃烧室头部附近发生。     

湍流燃烧模型在航空发动机喷雾燃烧中的应用

使用自主开发的计算软件,数值模拟航空发动机旋流杯环形燃烧室三维湍流煤油两相燃烧过程,采用多维经验分析法与多步反应火焰面模型预测旋流杯环形燃烧室污染物排放,对4种湍流燃烧模型预测喷雾燃烧流场与污染物排放能力进行评估.各模型所得的计算值与试验数据较为相符,表明这些模型都可用来预测旋流杯环形燃烧室两相燃烧流场和污染物排放能力,但是不同模型的计算精度不相同.其中多步反应火焰面模型所得的出口温度分布与污染物排放与试验结果最接近,其预测精度高于其他模型.因此合理选择湍流燃烧模型可以提高计算准确性和可靠性.      

Combustion mechanism of fluorinated organic compound-modified nano-aluminum composite particles: Towards experimental and theoretical investigations

Fluorinated Organic Compounds (FOCs) are commonly used as modifiers for Aluminum (Al) powder to improve its ignition, combustion, and agglomeration characteristics. However, the effects of FOCs on combustion and inhibition mechanisms of agglomeration of Al powder are not well understood. In this paper, based on the experimental study of Fluorinated Graphite (FG)-modified Al matrix composite particles, the combustion and aggregation inhibition mechanisms of FOCs on Al particles were studied by the quantum chemical calculation at B3LYP/6-311+G(d,P) and G3//B3LYP/6-311+G(d,p) levels. The flame behavior and single particle burning behavior of FG-modified samples were compared through ignition experiments, and the characteristic spectra of Al related oxides of different samples in the initial ignition stage were captured. It is found that FG increases the burning intensity of Al composite samples significantly, while it decreases the emission intensity of Al secondary oxides. Quantum chemical calculation results show that the thermal decomposition intermediates of FOCs, namely C₂F₄, can react with AlO and Al₂O, which weakens the characteristic emission intensity of AlO and Al₂O in the sample, and thus inhibits the formation of Al₂O₃ in the combustion process. These results contribute to enriching the combustion dynamics model of Al-FOCs reaction system.     

液氢冲压发动机的计算与分析

本文对使用液氢燃料冲压发动机在大马赫数范围内的工作特性进行了比较详细的计算与分析。结果表明使用氢燃料直到马赫数达6.5,亚燃冲压仍具有相当好的比冲特性,而使用碳氢燃料在马赫数达4.5以后比冲特性迅速下降。文章还从加热比和单位空气比冲出发讨论了发动机的调节特性,并建议采用较简单的有级调节来代替复杂的无级连续调节方法。本文还对等截面超燃冲压发动机的特性进行了计算,结果表明等截面极限加热并非最佳设计。     

亚燃、超燃双重燃烧进气分流数值模拟研究

本文介绍了亚燃、超燃双重燃烧进气分流的物理数学模型以及应用Euler方程组求解分流流场的数值计算方法,最后给出了计算的初步结果.