小型化TDLAS发动机测温系统的研究及进展

在吸气式发动机研究中,需要监测其进气道气流流场分布、燃烧室温度分布和燃烧产物浓度来验证燃烧室内的燃烧理论模型并最终改进发动机设计;同时,这些参数的实时获取还可以用来控制发动机工作状态以实现燃烧效率优化。TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)技术具有结构紧凑、响应快速、灵敏度高和非入侵式测量等优点,在高温、高速和剧烈振动等恶劣工作环境下可实现随机飞行的发动机测量,因此被国外多家研究机构采用。调研了高超声速燃烧发动机研究项目 HIFiRE及其在传感器小型化方面所采用的技术手段,介绍已有的小型化设计思路和取得的进展。已集成的小型化系统体积为30×15×10cm3,重量<5kg,功耗<10W。经验证,该系统可在发动机地面试验条件下稳定工作,给未来随发动机飞行的小型化测温系统设计提供了参考。     

TDLAS 技术二次谐波法测量发动机温度

发动机燃烧流场温度的准确实时诊断对研究燃烧机理、提高燃烧效率及降低污染物排放等至关重要。分析了 TDLAS 技术二次谐波法免标定测温原理,实现了利用该技术对直联式超燃冲压发动机燃烧室内部温度的在线测量,并采用电控平移台扫描的方式实现了发动机出口与扩张段温度随空间变化的测量。结果表明该发动机燃烧特性主要有：（1）发动机出口与扩张段,氢气与乙烯两种燃料燃烧状况基本相同,且随着沿 y 轴自下往上扫描,温度逐渐升高;（2）发动机燃烧室内,氢气燃烧时的温度比乙烯燃烧时的温度要高和稳定;氢气燃烧过程温度基本处于2100K 左右,乙烯从点火至燃烧结束温度从2000K 左右逐渐降至1250K 左右。TDLAS 技术在复杂燃烧环境下的工程应用表明该技术具有抗干扰能力强、数据处理速度快的优点,可用于研制发动机燃烧场温度在线监测传感器。     

燃烧加热器气动阀门阀后压力的模糊控制

燃烧加热器是超燃冲压发动机研究的主要试验设备.试验气体包括氢气、氧气、空气和氮气等,需要调节控制的参数为试验气体的压力、流量.根据燃烧加热器的控制需求,设计了一套以工业控制计算机为核心的实用并且兼顾可靠性要求的控制系统.采用自适应Fuzzy-PI的控制方法对试验气体压力进行压力控制,在常规PI控制器的基础上,对控制器的比例系数K_p和积分系数K_l进行在线调整,使控制器既满足响应快、超凋小、稳定时间短的要求,又提高稳态控制精度.取得了较好的控制效果.     

烟火药水下燃烧的声辐射机理与实验研究

烟火药水下燃烧能够形成低频的水下声.法国烟火集团拉克鲁瓦防御公司研制出了一种"烟火--声电"声诱饵(1995),但是至今还没有进行深入的研究与报道.本文就烟火药水下燃烧的声辐射机理进行了探讨.结果显示,其所辐射的噪声主要包括喷注噪声和气泡噪声,进一步的分析发现主要以气泡噪声为主,喷注湍流噪声为辅.为了证明此观点,实验研究了具有脉动燃烧效应的烟火药水下燃烧时的声辐射特性.     

使用液态化学循环的高热效率动力研究(英文)

要使碳氢燃油在常规燃烧循环中高效燃烧,需要非常高的温度,化学循环燃烧可以为大型动力装置提供一个可行的方法。在化学循环燃烧中,使用含氧介质分子来传输两个氧化还原反应之间的氧气,含氧介质在一个反应中被氧化,在另一个与燃油的反应中被减少。从燃烧残余物中分离出含氧介质可以借助于不同的物态,如果介质用钠、钾或锌,这是液态化学循环燃烧的显著优点。液态化学循环燃烧的原理是能量和熵的循环,在考虑用于分离氮和二氧化碳零部件效率、结合水燃气交换、以及用空气作为氧气源的情况下,高的热效率(35Pa下约75%)在理论上可以达到。     

湍流涡黏性模型方程中相位差的测量

基于理论上湍流相干结构复涡黏性模型对涡黏性系数的分析,应用热线测速技术测量了平板湍流边界层多尺度相干结构动力学方程中非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力分量与相干结构流向速度流向变形率之间的相位差.分析了湍流边界层相干结构猝发过程中,非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力分量与相干结构流向速度流向变形率之间的相位差沿湍流边界层法向的变化规律,为建立更加符合实际的湍流模型提供了实验依据.     

气动阀门结构煤油/空气脉冲爆震发动机试验

以煤油为燃料、空气为氧化剂,采用气动阀门结构进气,组合结构障碍物强化燃烧和双半V型障碍物加强激波反射,在内径100 mm,长为1 340 mm的爆震管内进行大量的爆震试验,实现工作频率58.8 Hz协调工作.研究爆震室内主要部件在不同工作阶段的功能,并分析主要部件的工作机理,分析了煤油/空气两相可燃混气形成过程,研究煤油/空气脉冲爆震发动机爆震波特性,获得煤油/空气脉冲爆震发动机协调工作关键技术.研究结果为煤油/空气脉冲爆震发动机原理样机设计提供了理论基础.     

二维沟槽粗糙槽道内的湍流特性研究

采用激光多普勒测速技术对光滑和粗糙槽道湍流特性进行了实验研究.粗糙元为二维横向V型沟槽,沟槽深度为0.8mm,沟槽间距为6.4mm,对应的槽道半高度与沟槽深度比为12.5.基于中线时均速度和槽道半高度的流动雷诺数范围为2740~17400.实验测量了包括时均速度、湍流强度、雷诺切应力和速度脉动偏斜因子和平坦因子在内的湍流统计量,结果表明沟槽型粗糙度对湍流的影响不仅局限于边界层内区,而是延伸到整个边界层范围.粗糙壁面上的粗糙度函数随雷诺数的增大而增大,时均亏损速度也较光滑壁面高.沟槽抑制了内区的流向湍流强度,同时增大了外区的湍流强度.粗糙壁面上的雷诺切应力高于光滑壁面,且与湍流强度一样表现出对雷诺数的依赖性.尽管沟槽型粗糙度对流向平坦因子影响不大,但对流向偏斜因子有显著影响.     

乙烯超声速燃烧的数值模拟研究

利用Fluent软件、ISAT算法与由CARM(Computer Assisted Reduction Method)简化而来的11组分、7步反应的乙烯简化机理对碳氢燃料/空气的超声速燃烧问题进行数值模拟.研究结果表明这种方法是可利用的.计算得到的压力数据与试验压力值可以比较.     

Influences of Mechanical Vibration on Rapidly Solidified Al2O3/YSZ Ceramics Prepared by Combustion Synthesis

Al2O3/YSZ composite ceramics was fabricated with combustion synthesis technology, and the influences of mechanical vibration on its microstructures and properties were investigated. It is found that under the mechanical vibration of ever-increasing frequency, increasing combustion temperature, accelerating ceramics/metal liquid-liquid separation and quickening ceramic solidification could not only reduce the average diameter and the size distribution of aligned ZrO2 nano-micron fibers in rod-shaped Al2O3 matrix grains, but also make the randomly-oriented rod-shaped grains finer and increase their aspect ratios. As a result, a remarkable increase in flexural strength and fracture toughness of the ceramics can be observed.