超燃冲压发动机燃烧室设计计算方法的研究

为寻找一种适当的计算超燃冲压发动机燃烧室性能的方法并评估现有模型的优劣,提出一维化学动力学模型,且通过几个算例验证了该模型的可靠性.为研究设计过程中的性能计算方法的适用性,针对一具体的燃烧室,采用目前通用的性能计算方法,即冲量分析法、一维化学动力学及二维化学动力学方法,计算得到燃烧室内各气动参数的分布曲线,并得到上述方法在超燃冲压发动机燃烧室设计过程中性能计算适用性的初步结论.计算结果表明:一维化学动力学方法与冲量分析法都能够考虑到摩擦、通道面积变化以及燃烧释热的影响因素,具有较好的适应性.对于冲量分析法,在考虑燃烧时,还需设定放热规律; 而一维化学动力学方法则可以利用化学反应模型,会自动计算释热规律,具有更大的独立性.和前两种模型相对比,二维化学动力学方法可以更细致地捕捉到流场中的一些细节,但此种模型需要较长的运算时间.对比这几个模型,各具有不同特点,在超燃冲压发动机的设计与性能计算过程中,需综合考虑上述区别,最充分地发挥各模型的优势.     

低压蒸汽透平排汽缸内能量损失的数值研究

运用三维粘性流场数值模拟软件(Fine/Turbo)对一个低压蒸汽透平排气缸内的复杂流动进行数值模拟,计算结果与已有的实验数据进行了对比.计算得到的排气缸出口截面上的质量平均总压损失为47.8%,实验值为40.9%.数值模拟清晰地显示了排气缸通道内的流场结构是以各种旋涡为主要特征,包括通道涡、分离涡和端壁涡等.其中,通道涡的尺度最大,是造成排汽缸内能量损失的最主要因素.     

基于气动斜坡/燃气发生器的超燃燃烧室实验

为探索超燃冲压发动机燃烧室中的新的火焰稳定技术,提出了一种新型被动式燃料掺混增强技术—气动斜坡与燃气发生器组合燃料喷注技术,并在北航直联式超燃试验台对这种新型组合喷注器开展了超声速燃烧的试验研究。在模拟飞行马赫数5(燃烧室入口Ma=2),进行了冷流试验,获得了喷注器附近流场的纹影图像。本文设计了4种气动斜坡喷注单元,以乙烯为燃料,在约1kg/s试验气流中开展了多级喷注单元组合的超声速燃烧试验,在当量比0.78～1.22范围内实现了稳定的燃烧,经冲量分析法计算得到不同组合结构的燃烧效率为0.54～0.72。试验结果验证了这种新方案作为超然冲压发动机火焰稳定装置的可行性。     

碳氢燃料超燃冲压发动机热非平衡效应

高超声速流动往往伴随着热化学非平衡效应,而热化学非平衡效应会对高超声速推进系统内的流动、燃烧带来一系列影响.采用双温度热化学非平衡模型以及热力学平衡模型,对飞行条件为马赫数10、高度29km的煤油燃料超燃冲压发动机进行数值模拟,研究了热非平衡效应对发动机流动、燃烧及性能的影响.结果表明:热非平衡效应可以通过改变斜激波角度进而影响发动机内的流场结构和掺混效率.尽管热非平衡态下燃烧室前部的平衡温度较高,可以促进凹腔上游的燃烧,但对于凹腔后部的燃烧,热非平衡效应降低了热释放率峰值及燃烧效率.喷管中的振动非平衡效应可影响推力.总的来说,热非平衡效应降低了马赫数10煤油燃料发动机的性能.     

高超声速飞行器后体喷管三维构型设计

为研究高超声速飞行器后体喷管三维构型的设计,以NASA半壁喷管试验为参考,进行了二维及三维内外流相互作用的数值模拟计算,分析了后体喷管三维流场的特点.从高超声速飞行器机身推进一体化的角度,构建了后体喷管三维构型,进行了不同构型设计对后体喷管性能影响的参数研究.结果表明:后体喷管的三维效应不可忽视,后体喷管侧壁的存在及下壁面长度对性能影响较大.      

喷管内横流流场的数值模拟

采用显式的原始ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ时间分裂格式和改进的ＴＶＤ ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式分别求解了二维轴对称喷管内横流流场的Ｎ－Ｓ方，得到了与理论分析结果相近似的流场结果图谱，并对以上两方法得到的结果进行了比较，结果表明：ＴＶＤ的方法具有更高的精度。文中还介绍了一种基于ＴＴＭ方法的改进的网格生成方法，用于生成贴壁性和正交性都比较好的网格，实现了完全由边界网点分布来确定内部网格点的分布。     

以粉末燃料冲压发动机为动力的火星巡航飞行器方案初步研究

为设计以粉末燃料冲压发动机为动力的火星巡航飞行器,研究了飞行器巡航马赫数对进气道动能效率、压比和总压恢复系数的影响,设计的巡航飞行器在火星5 km高度以5 Ma的速度巡航,冲压发动机进气道动能效率为0.88,压比为100,总压恢复系数为0.163;对以硼粉、铝粉和镁粉为燃料的冲压发动机进行了理论性能计算,选择镁粉作为冲...     

火箭发动机气体-颗粒两相流双流体模型研究

探讨了两相流双流体模型中颗粒相压强、两相界面压强以及两相界面速度等若干关键问题,从理论上推导了双流体模型的控制方程,并讨论了颗粒相控制方程的双曲性.把LU隐式时间格式和Van-Leer矢通量分裂格式应用到两相流双流体模型中,并对一维等截面传热摩擦管道和轴对称JPL喷管中气固两相流进行了计算,计算结果与文献结果吻合良好,所建数学模型正确,所用数值计算方法可靠.     

大型固体火箭发动机喷管故障诊断的流场计算

针对某大型固体火箭发动机的喷管喉道后烧穿的故障进行了数值模拟,运用ＴＶＤ（ＴｏｔａｌＶａｒｉａｔｉｏｎＤｉｍｉｎｉｓｈｉｎｇ）ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式求解了喷管内流场的二维轴对称Ｎ－Ｓ方程,获得了流场的详细结构图谱,分析了故障的成因,指出喷管型面的导数不连续会导致当地壁温升高,是引发故障的直接原因。