气动谐振管加热过程气体参数的测量与分析

实验研究了圆柱形、圆锥形和锥柱形三种结构形式的气动谐振加热管,采用高温高频压力传感器和灵敏度较高的温度传感器直接测量了谐振管加热过程中谐振腔底气体的压力和温度的时间历程。实验结果确认了谐振管加热的主要机理是激波振荡累积加热机制,而且表明谐振温升与管内气体压力振荡幅值有关,而谐振管压力振荡幅值与驱动气体压力有关;结构形式不同的谐振管,加热特性显著不同。实验结果有助于液体火箭发动机谐振管点火器的实际设计,而且可以用来检验数值模拟的正确性。      

圆柱形谐振管气动谐振加热现象的理论分析

为了分析谐振管中气体温度在射流的长时间作用下能升高至某定值但不能无限升高的原因,针对由声速喷嘴和圆柱形谐振管组成的系统,利用激波理论对圆柱形谐振管中周期性运动的激波与膨胀波对气体的作用进行分析,认为激波使管中气体温度升高、膨胀波使气体温度降低,它们的周期性作用使管中气体温度能够累积升高,随着气体温度的升高,激波的加热作用减弱,并最终消失,管中气体温度达到某定值。     

气动谐振加热现象的数值分析

为了进一步研究气动谐振加热的机理,采用SIMPLEC方法求解二维轴对称雷诺平均N-S方程,对喷嘴一圆柱形两端开口管系统和喷嘴—圆柱形谐振管系统进行了数值模拟。并对气动谐振过程中加热结果进行了分析,对该过程进行了合理物理描述。     

气动谐振管加热振荡流动过程数值研究

为了了解气动谐振管加热现象的振荡流动过程，利用显式TVD－MacCormark格式数值求解二维轴对称雷诺平均N－S方程，获得了一个谐振循环中完整的喷嘴－谐振管系统的振荡流动湍流流场，结果表明，欠膨胀声速冲击喷流固有的流场不均匀性和不稳定性是谐振管加热现象产生的内在原因，激波耗散是谐振管主要的加热机理。     

气动谐振管加热效应初步实验

为了有效地应用气动谐管加热现象的热效应，以发展液体火箭发动机的气动谐振管点火新技术，需要获得谐振管热效应的变化规律。实验测量了三种谐振管，即圆柱型、阶梯型和锥柱型谐振管间的表面加热温度。实验中主要考虑喷嘴与谐振管间的分离距离以及供气压力的变化。所获得的谐振加热特性可用于实际谐振加热装置的设计。     

气动谐振加热基础试验

为了进一步掌握气动谐振加热的规律,为气动谐振点火器的研制提供试验基础,在原有气动谐振加热初步试验研究的基础上对谐振气体流量变化,不同的排气孔形式以及不同内径的谐振腔对谐振加热性能的影响进行了研究。通过大量的气动谐振加热基础试验,得到了谐振加热性能随不同参数变化的规律,为气动谐振点火器结构参数的选择提供了试验基础。      

振荡管内气柱谐振的研究

首次提出振荡管气柱谐振概念。对气柱谐振机理、条件、有关因素对谐振激励频率的影响及谐振状态下管内振荡流特性进行了探讨。结果表明：气柱谐振与管内激波运动有关;谐振状态下管内出现最强的压力波并产生最强的冷效应和热效应。     

圆喷嘴气动谐振性能研究

对不同尺寸的圆喷嘴的自由射流尾迹的流场结构进行了分析,得到了激波位置随喷嘴直径以及喷嘴入口压力与环境压力之比的变化关系.其与圆柱形谐振管以及锥柱形谐振管组成的喷嘴-谐振管系统的数值模拟结果表明:喷嘴-谐振管系统能够产生强烈谐振的条件是谐振管入口的位置处于喷嘴自由射流流场的膨胀波区域内,若处于激波区内则无法产生谐振,与试验结果相吻合.通过对不同直径的喷嘴的谐振性能的比较,得到了最佳的喷嘴与谐振管的匹配.      

液体火箭发动机气动谐振点火初步研究

气动谐振点火是基于气动谐振加热现象的一种新型的点火方式。在特定的气动谐振条件下,高速喷流与谐振管内流相互作用形成周期性运动的激波和膨胀波,将压缩气体的能量不可逆地转化为热能,形成高温高能的点火源,从而点燃推进剂组元。建立了简化的理论分析模型,对可能获得的最高温度进行了预测,探讨了在液体火箭发动机上实现气动谐振点火的方案。     

气动谐振管点火技术研究

为了发展液体火箭发动机的气动谐振管非电点火新技术,提出了一种新颖的组合喷嘴混气谐振加热方案,并介绍了所研制的氦气谐振热表面点火器和同轴氢氧谐振火炬点火器,给出了气动谐振管点火器工程设计的一般原则和相关参数的选择。     

Stagnation temperature effect on the conical shock with application for air

The aim of this work is to realize a new numerical program based on the development of a mathematical model allowing determining the parameters of the supersonic flow through a conical shock under hypothesis at high temperature, in the context of correcting the perfect gas model. In this case, the specific heat at constant pressure does not remain constant and varies with the increase of temperature. The stagnation temperature becomes an important parameter in the calculation. The mathematical model is presented by the numerical resolution of a system of first-order nonlinear differential equations with three coupled unknowns for initial conditions. The numerical resolution is made by adapting the higher order Runge Kutta method. The parameters through the conical shock can be determined by considering a new model of an oblique shock at high temperature. All isentropic parameters of after the shock flow depend on the deviation of the flow from the transverse direction. The comparison of the results is done with the perfect gas model for low stagnation temperatures, upstream Mach number and cone deviation angle. A calculation of the error is made between our high temperature model and the perfect gas model. The application is made for air.     

JF-16膨胀管流场分析及升级改造

膨胀管（风洞）是少数几种具备超高速流动模拟能力的地面试验设备之一,针对中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室的爆轰驱动膨胀管JF-16,通过高焓流动数值模拟方法辅助诊断JF-16的流场特性可以发现,高温真实气体效应可以显著增加激波对气体的压缩能力并影响强激波结构,加速段内试验气流静温及化学成分较真实飞行条件有所偏离。为此对JF-16进行升级改造,通过在加速段末端加装锥形喷管,利用喷管的定常膨胀过程进一步调整试验气流的静温,进而提高试验气流品质,同时可以扩大试验区尺度。数值模拟结果表明8°锥角为最优选择,此时试验区尺度可扩大至140 mm。     

锥形旋流器内燃料分布对模型燃烧室近贫熄状态的影响

针对近贫熄状态,研究锥形旋流器内燃料分布对模型燃烧室燃烧稳定的影响。在不同空气流量下对头部燃料分布A和B分别进行了锥形旋流器模型燃烧室的贫熄状态实验。结果表明:同样的进气条件下,分布B在贫熄时刻的过量空气系数是分布A的4倍以上,并在可比较的实验流量范围内保持明显的优势;分布B的火焰可以由锥形旋流器外缩入锥形旋流器内熄灭,而分布A的火焰不能缩入旋流器内部,只能在锥形旋流器外部以整团火焰的形态熄灭;锥形旋流器头部中心轴线上引入的少量燃料对燃烧室近贫熄状态的压力脉动有极大影响,分布B的压力波动幅值比分布A降低90%以上,压力波动主频从88Hz减小到50Hz。结合数值模拟计算,从切向涡量角度分析了近贫熄火焰前端稳定在不同位置的原因,比较了两种燃气分布下局部流场物理参数分布的差异,有助于理解与认识锥形旋流器内燃料分布对燃烧稳定性的影响。     

超临界压力正癸烷在竖直圆管内的流动阻力实验

研究了加热条件下超临界压力下正癸烷在竖直细圆管内的流动阻力特性,分析了热流密度、系统压力以及进口温度对摩擦压降的影响规律。实验结果表明:当流体温度较低时,流体摩擦压降随着热流密度的升高而逐渐降低;当流体温度逐渐接近拟临界温度时,由于物性的剧烈变化,流体摩擦阻力压降随着热流密度的升高而增加。并且系统压力越低,拟临界点附近的变化就越剧烈。当流体温度高于拟临界温度时,物性变化趋于平稳,流体摩擦压降随热流密度升高而增加。基于实验结果,总结出了一种针对不同温度、不同热流密度与质量流速比值范围的摩擦阻力系数经验关系式。      

螺旋式发射管内火箭燃气冲击流场数值模拟

用改进的MUSCL格式解三维、可压缩平均雷诺纳维尔-斯托克斯方程组,湍流模型为Spalart-Allmaras代数模型,计算和分析了火箭发射管内燃气冲击流场.在建立差分算法时,将有限体积离散和黎曼解算器相结合,简化了计算工作.首先,以小喉截面超声速喷管流动问题开展数值实验,数值结果与实验数据吻合很好;其次,计算了火箭发射管内燃气流场,获得发射管内气流压强和温度等物理参数分布.     

脉冲爆震发动机自吸气实现方式

根据脉冲爆震发动机工作循环过程中的压力变化特点,对脉冲爆震发动机自吸气的实现方式进行了探索研究,设计了几种不同的结构型式以改善尾部吸气质量,并进行了数值模拟。结果显示:单一等截面直爆震管虽然可以在爆震后管内负压作用下从尾部自吸气,但是吸入的基本全是尾气,无法用于再次爆震起爆;进、排气口分开有利于改善自吸气质量,进气口离排气口越远,尾气影响越小,吸气质量越好;进、排气口间最好有一定压差,否则会出现两端同时进气,形成吸气震荡,并在爆震管中部夹有燃气无法排出;利用设计的气动阀可以实现从爆震管前端自吸气,吸气结束后整个爆震管内充满新鲜空气,可以用于再次爆震起爆。     

中央传动锥齿轮行波共振特征精准识别试验研究

为了精准监测复杂工作环境下航空发动机中央传动锥齿轮行波共振特征,并满足对试验器改装小和测试装置易安装的技术要求。建立了基于刚性壁声波导管技术的导出式噪声测量方法和基于替代法原理的动态特性标定方法,研制了导出式噪声测量系统和数字式闭环控制声喇叭行波管装置动态标定系统,解决了复杂环境下的齿轮行波共振声信号测量与数据修正的问题。完成了基于噪声和应力同步测试的某航空发动机中央传动锥齿轮行波共振特性试验,对从动锥齿轮的行波共振频率、共振转速及节径振动声辐射量级进行了分析。研究结果表明：导出式噪声测量方法及系统和动态标定方法及系统有效提高了齿轮行波共振特性的测量精度,可实现高温高油雾环境下齿轮行波共振频率和共振转速的精准识别和有效监测,行波共振频率误差小于0.04%,共振转速误差小于0.005%。四节径后行波共振时的齿轮辐板振动辐射的声压能量是三节径前行波共振时的4.5倍,说明齿轮在高转速发生行波共振会更危险。