加力燃烧室流场计算及其隔热屏屈曲分析

采用有限元方法对加力燃烧室隔热屏进行屈曲分析,通过对临界载荷与屈曲模态的计算,对隔热层两种不同结构进行了对比,分析结果与试车结果相符。屈曲分析所需的气动和热负荷通过加力燃烧室流场及筒体和隔热屏壁温计算获得,计算结果与实验结果一致,表明本计算方法可供加力室隔热屏初步设计用。     

旋流加力室火焰前锋的计算

本文描述旋流加力燃烧室火焰前锋位置的计算。编制了一套计算程序,计算了各种旋流角下火焰前锋的位置以及流阻系数,还计算了压力变化对火焰位置的影响。分析结果指出,当旋流角α=45°时,加力室长径比L/D=1.2,比传统的L/D小一倍,流阻系数不比传统的大,压力对火焰前锋位置无明显的影响。     

数值分析加力燃烧室的燃烧效率和燃烧流场

本文对装有钝体火焰稳定器的加力燃烧室燃烧效率特性进行了数值分析和实验研究。计算中用k-s双方程模型描述紊流特性,用Magnussen的涡团耗散模型以及燃烧模型估算化学反应速率。为了考虑火焰辐射对燃烧效率的影响,采用热通量法辐射模型估算辐射通量。由于燃烧流场密度变化较大,故在守恒方程中采用密度加权平均来处理。试验中用热电偶测量温度,对燃烧效率和壁面温度作了研究。最后,将计算结果与试验数据作了比较,结果表明本文的计算方法和计算程序是合理可行的。     

短突扩扩压器压力特性的数值研究

短突扩扩压器的性能好坏直接影响到短环燃烧室的总体性能 ,压力特性是扩压器性能最重要的衡量指标。为了进一步深入地研究 ,采用三维数值模拟的方法 ,探讨了短突扩扩压器前置扩压器进口马赫数、突扩角和突扩间隙等参数与压力损失间的变化关系 ,并与试验结果进行了比较。计算结果表明 :在本研究的参数范围内 ,总压损失随进口马赫数的增大而变大 ;存在有最佳的内外环突扩角的组合 (βi=40～ 45°,βo=40～ 5 0°)及相对突扩间隙 (δ=1 .48～ 1 .9) ,使得总压损失系数 σ*最小。数值模拟的结果与试验相比 ,其变化规律是相同的 ,最小总压损失系数所对应的各结构和流动参数的范围与试验也是一致的。     

端面燃烧发动机燃烧室壳体的新型热防护方法

以一种全新的概念,提出了端面燃烧发动机燃烧室壳体的新型热防护方法——整体人工脱粘法。并论述了新型热防护方法的原理及有关问题,这种新型热防护方法可以直接浇注,工艺简单,使用方便,满足发动机工作可靠性的要求,这种新型热防护方法值得推广使用。     

先进的轻型低成本复合材料辐射冷却燃烧室

在过去十年中,最高水平的小型辐射冷却液体推进剂燃烧室是由 Ultramet研制的铱/铼合金加工而成:铼壳体结构上具有铱抗氧化层。铱/铼的缺点在于其质量大,无论是铱,还是铼,其密度均超过21g/cm~3。若推力超过445N,燃烧室的质量是绝对不能接受的。在 NASA 的资助下,Ultramet 研制了一种用于加工铱/铼/碳—碳复合材料燃烧室的工艺方法,可提供与铱/铼具有相同的优良性能、密度小于3g/cm~3、可加工成任意结构形状而成本只有铱/铼的一半的燃烧室。这种燃烧室不仅达到了铱/铼合金燃烧室的性能指标,而且具有碳—碳复合材料的良好高温强度以及复合材料的质量小、成本低的特点。在不同的环境中采用铼试样进行了室温及高温拉伸试验以评估潜在的衬料组织扩散作用。通过快速热循环试样评估了复合材料结构的机械及热稳定性和相容性。由显微和谱分析技术分析了复合材料的显微组织和界面性态。由室温和高温破坏试验测试了复合材料的强度。已加工了两个原型燃烧室并采用 NTO/MMH 推进剂进行了热点火试验。     

加力燃烧室湍流火焰面模型优化方法

加力燃烧室中流速高、压力低、含氧量低，燃油喷射以直射式为主，常用燃烧模型多会高估其反应速率。火焰面类模型采用查表法处理标量场，计算速度较快，但较难调整反应速率。在稳态层流火焰面模型基础上，添加了非定常化学动力学的影响因素来调整反应速率；在试验数据基础上，建立火焰面反应时间尺度，优化火焰面数据库，改善了该类方法在高速、低压、贫氧和雾化差下的数值仿真精度。结果表明：该优化方法形成的火焰面数据库能够较好模拟加力燃烧室中燃油复杂化学反应过程；在本文计算结果验证中，能将温度分布模拟误差控制在15%以内，平均温度模拟误差控制在5%以内。     

膨胀波对斜劈稳定斜爆震波特性影响的数值研究

为探究燃烧室内可能存在的膨胀波对斜爆震稳定燃烧的影响，基于块结构自适应网格加密的AMROC程序，求解多组分可压缩化学反应流Euler方程，研究了膨胀波对斜劈诱导斜爆震流场的影响。发现无限长斜劈模型中，斜爆震波面角度是缓慢增加的，膨胀波影响下，斜爆震波面角度明显下降。从爆震波面角度变化中可以明显看出膨胀波的影响范围和爆震波的衰减程度。来流的低静压不会改变膨胀波影响范围，但容易导致爆震波衰减直至发生解耦，因此高马赫数低静压来流条件下斜爆震燃烧的稳定性和燃烧效率需要着重考虑。此外，使用普朗特-梅耶膨胀波基本原理对膨胀区进行分析，发现爆燃区流场参数与理论值吻合较好，且壁面附近前马赫线角度与近似膨胀波前沿较为接近；基于此，发展了一种定性评估斜劈末端膨胀波影响范围的手段，在膨胀波前马赫线角度基础上适当增加4°～10°，可以近似得到膨胀波的前沿位置。