固体火箭冲压发动机设计点性能优化分析

针对冲压动力飞行器射程优化总体需求，提出了基于飞行器-发动机性能因子的评估方法，建立了固体火箭冲压发动机性能模型及优化设计流程，为总体与动力一体化优化设计提供了支撑。根据典型含硼贫氧推进剂性能分析结果可知，相同马赫数及余气系数下，高度对比冲的影响不明显；相同马赫数下，比冲随余气系数的增加先增加后减小；相同余气系数下，比冲随马赫数的增加而降低；飞发性能因子随马赫数、余气系数的增加先增加后降低，在一定条件下达到最大值。      

固冲发动机补燃室温度场及热应力分析

针对选用炭化复合材料在双下侧进气口构型条件下补燃室绝热结构开展了单向流固耦合数值计算,分析了补燃室内不均匀温度场以及不同隔热材料的热应力。补燃室内温度场不均匀分布对绝热层烧蚀的影响较为显著,温度相对较高的位置绝热层烧蚀也较为严重;随着隔热材料的热膨胀系数的增加,绝热结构内表面的热应力明显增大,绝热结构更易出现局部裂纹和脱落;将数值计算结果与试验结果进行了对比分析,具有较好的一致性。结果表明,补燃室进气口下游的壁温最高,进气口下游后段的绝热层烧蚀最为严重;采用GXJ隔热层的绝热结构相比三元乙丙隔热层,绝热结构的热应力增加约59%,绝热结构的整体结构稳定性显著降低。     

发动机用特种油滤网冲压过程质量控制

W型特种油滤网具有弹性好,抗冲击能力强等优点,在发动机管路系统广泛应用,然而,W型油滤网为薄壁、复杂横截面结构,冲压成形过程极易出现拉裂、起皱缺陷以及尺寸超差等问题,导致零件合格率低,批量报废。为解决W型油滤网冲压过程成形质量问题,基于ABAQUS有限元仿真平台,建立了W型油滤网冲压过程三维有限元模型,获得了优化工艺参数和模具结构尺寸。针对试验和试生产出现的质量问题,开展质量问题统计,获得质量控制措施,试验结果表明,采取的质量控制措施有效解决了油滤网冲压过程的缺陷问题,产品合格率提升至99%以上。优化后的加工工艺稳定,满足批量生产交付要求,说明采取的质量控制措施是合理的。该研究方法应用于"C型"特种油滤网生产,产品合格率达99%以上,研究方法具有普适性。     

弹丸速度对超爆轰冲压加速器性能影响

为研究超爆轰模态冲压加速器的推进性能，采用混合的Roe/HLL（Harten, Lax, Van Leer）格式，结合自适应网格加密技术(AMR )与沉浸边界法(IBM )，数值模拟了弹丸速度高于预混可燃气体C-J爆速的冲压加速器流场，揭示了弹丸速度对流场结构与推力的影响。结果表明当弹丸速度在一定范围时，斜爆轰波可驻定在弹丸肩部或头部，在弹丸尾部形成高压区加速弹丸，并且，斜爆轰波驻定在弹丸头部推力更高，稳定工作的速度范围 更宽 。     

流场可压缩性对涡相互作用影响的数值研究

涡相互作用作为冲压发动机喷注装置的典型抽象流动现象,研究其可压缩性影响对于认识包含化学反应的真实燃料喷射场具有一定基础理论价值。基于经过数值验证的可压缩Navier-Stokes算法与压力泊松方程初始条件设置方法研究流场可压缩性对涡相互作用演化过程的影响。结果表明,以较高涡旋马赫数表征的可压缩性在改变涡对形态的同时,具有延缓涡旋相互靠近,迟滞融合进程的作用。关于涡对系统开始融合的临界条件,可压缩相互作用开始的临界展弦比与无量纲时间相比于低速涡对明显提高。为在无量纲时间意义下统一不同马赫数涡对相互作用的进程,从涡心密度随时间变化规律出发在不可压涡对特征时间的基础上,初步构建了考虑可压缩性的时间尺度修正关系。     

面向一体化计算的整体式液体冲压发动机建模及性能评估

为发展冲压发动机性能工程预估方法,建立了面向一体化计算的整体式液体冲压发动机性能计算模型,并使其兼容基团贡献算法,提高了拓展性。利用模型分析了冲压发动机在攻角0°～6°、高度0～18km、马赫数2.0～3.5、余气系数1.0～2.9范围工况多维度连续变化下,比冲、推力系数和燃油质量流量的速度-高度特性、高度-节流特性、节流-速度特性以及攻角特性。研究结果表明:性能计算模型可在一体化计算条件下、基团贡献算法允许范围内,不依赖试验数据对冲压发动机性能预估,计算结果与技术参考值相比相对误差均小于14%。推力系数和比冲具有基本一致的速度-高度特性和相似的高度-节流特性,受燃气组分影响,推力系数和比冲的节流-速度特性差异明显。燃油质量流量的变化规律不同于比冲和推力系数,在进入平流层后呈现折缓趋势,而呈现连续性,速度越大、高度越低、余气系数越小,燃油质量流量越高,反之则越小。引入攻角以后,攻角越大,比冲和推力系数越低,进气道起动马赫数越高;攻角-起动马赫数曲线小范围内近似线性,攻角超过5.6°非线性加剧。     

暂冲式燃气取样系统设计与验证

针对超燃冲压发动机燃烧室综合性能的测试需求,从取样探针、系统管路及附件选型、测控方案等角度设计了一套六点暂冲式燃气取样系统,成功实现了燃气发生器出口2.0 s和发动机燃烧室出口1.4 s取样。分别测量了燃气发生器出口测量截面Ⅰ和发动机燃烧室出口测量截面Ⅱ的O_2、CO、CO_2含量,并采用理论温升法推算燃烧室出口温度约为2 121 K。基于暂冲式燃气取样分析,为评估超燃冲压发动机燃烧室性能提供了新的研究思路。     

超燃燃烧室一维释热分布模型研究

为了预估超燃冲压发动机燃烧室内的释热分布,针对带凹腔稳焰器的燃烧室,总结了射流混合情况、来流温度和当量比对释热分布影响的实验规律,提出了主燃烧区的概念和分段线性拟合的建模思路。模型被分为隔离段、横向射流、燃烧室释热分布、主燃烧区反压四个部分。通过压力前推,进行代数的迭代计算,能够快速得到燃烧室释热分布的一维模型。利用实验图像和仿真计算数据,对模型得到的释热分布与燃烧效率进行了验证,模型可适用于隔离段来流2.1马赫以上的工况,且模型结果与仿真结果相关系数达到了0.9以上。     

冲压发动机转级技术研究现状与展望

冲压发动机的转级技术是各类超声速、高超声速飞行器研制所面临的一类技术难题。为了系统性地研究冲压发动机转级技术的研究现状,总结了冲压发动机在转级过程气动方案设计、进气道流动分析、转级时序设计等方面所面临的关键技术问题,综述了国内外研究进展情况,在此基础上指出了当前在超燃冲压发动机转级技术研究、转级过程数值仿真、地面试验等方面存在的不足,对后续研究工作进行了展望。