双碳目标下的氨燃料航空动力研究进展及展望

为了获得氨燃料航空动力应用潜力评价,本文综述了氨燃料的绿色制取方法、氨燃料燃烧特性的研究成果以及氨航空发动机设计过程中可能存在的技术问题和相应的解决方案。综合已有研究成果,本文认为氨燃料航空发动机具有非常广阔的应用前景,采用氨氢混合燃烧在未来有望成为氨燃料航空动力系统的优选方案。     

宽压强范围少烟无铝推进剂燃烧性能研究

针对固体火箭发动机对少烟无铝推进剂的需求,研究了宽压强范围（1~22MPa）少烟无铝推进剂的燃烧性能。通过添加高熔点燃烧稳定剂、压指调节剂复配等技术手段,采用静态燃速测试仪、标准试验发动机、全尺寸发动机以及静态烟箱法等研究了推进剂燃速、压强指数、能量性能和烟雾特征信号与燃烧稳定剂（CW-1）、复合压指调节剂（YZJ-A/B）含量的变化规律。试验结果表明：（1）采用高熔点的燃烧稳定剂（CW-1）取代铝粉,当燃烧稳定剂用量在1%~4%,推进剂在1~22MPa宽压强范围内可以稳定燃烧。（2）燃烧稳定剂（CW-1）取代铝粉后,推进剂比冲下降,烟雾特征信号降低。（3）添加有机钡盐和季铵盐-二茂铁类复合压指调节剂（YZJ-A/B）,推进剂在17 ~22MPa动态压强指数由0.39降低至0.275。     

三级旋流燃烧室流动和点火过程中火焰传播特性

为了研究三级旋流燃烧室的流动以及预燃级煤油非预混燃烧特性,设计了三级旋流燃烧室结构方案与光学非接触测量方案,研究了总压损失与当量比对三级旋流燃烧室流动特性及火焰结构的作用和油气参数对点火过程中火焰特征结构与特征时间的影响规律。研究结果表明：在高速气流碰壁区存在内、外剪切层,剪切层的无量纲高度随总压损失变化较小,剪切强度随总压损失增大而增大;火焰结构随着当量比变化存在“V”型火焰、过渡火焰以及包络火焰三种形态,过渡当量比约在0.6左右;热态回流区扩张段扩张角度随总压损失的增大而增大,随着当量比先减小后增大;点火过程中存在大尺度火焰的熄灭与复燃,复燃火焰从回流涡附近以三维螺旋方式回传;点火过程中,随总压损失的增大,火核生成时间增大,火焰传播时间减小,熄火复燃时间减小;随当量比增大,火核生成时间增加,火焰传播时间先增大后减小,熄火复燃时间减小。     

基于壁面压力的试验参数分析方法

为了在冲压发动机试验过程中丰富试验参数类别和提高参数分析速度,针对直连式超燃冲压发动机,原创性地提出了基于壁面压力测量结果的试验参数分析方法。该方法引入原子流量守恒方程 构建了封闭方程组,在无需任何额外测量仪器的条件下,以壁面压力、来流参数和燃烧室面积变化律为输入,求解方程组可快速获得超燃冲压发动机的马赫数、温度、速度、组份浓度、燃烧效率等参数。结合三维数值计算和地面试验,通过两个算例对该方法的可行性进行了验证。结果表明,该算法可以获得较高的精度,在燃烧室出口,速度、温度等误差均在5%以内,组份浓度分布和数值结果非常吻合。     

CH4/正癸烷混合燃料燃烧特性

为研究CH4/正癸烷混合燃料的燃烧特性及燃烧稳定性,在定容燃烧弹中测量了初始压力为0.1MPa、初始温度为420K、当量比范围为0.8~1.5和甲烷摩尔分数为0~0.8时CH4/正癸烷混合燃料的火焰扩散速度、拉伸火焰传播速度、马克斯坦长度、无拉伸火焰传播速度和层流燃烧速度等,分析了甲烷摩尔分数对马克斯坦长度及层流燃烧速度等的影响。结果表明:当量比为1.3时,随着甲烷摩尔分数的增加,火焰发展末期,前锋面由网格形胞状结构发展为光滑球面,火焰稳定性增强;甲烷摩尔分数增加导致混合燃料马克斯坦长度随当量比增加而减小的趋势变慢,实验研究范围存在临界当量比,当量比小于1.2时,甲烷摩尔分数为0.8的混合燃料燃烧稳定性较差,而当量比大于1.2时,甲烷摩尔分数为0.8的混合燃料燃烧稳定性较好;当量比在1.0~1.3范围内,甲烷摩尔分数为0.2和0.4的混合燃料层流燃烧速度较快,而在实验测量当量比范围,甲烷摩尔分数为0.8的混合燃料层流燃烧速度较慢。      

反应机理对air/H2燃烧系统多场耦合仿真的适用性

针对某air/H2燃烧系统,建立起流动、传热、燃烧多场耦合有限体积动态数值模型,构建了通用化的反应机理库和配套的物性参数库,分别采用热力计算方法和3套氢氧反应机理方法进行仿真;基于反应机理的仿真描述了点火与熄火过程,揭示了各基元反应和组分变化对燃烧流动瞬态过程的影响。与已经过试验验证的热力计算方法对比,结果表明:Williams机理符合最好,Conaire机理次之,Evans机理符合相对较差。相比Conaire机理,采用Williams反应机理使反应熄火温度由1200K降低至1155.3K,在1222.3K的低温工况下,计算结果误差由Conaire机理的4.7%降低至2.74%,使多场耦合数值系统的应用范围更广、计算结果更佳;低温工况下,H2O2及其相关反应对氢氧机理的描述精度会产生较大影响。      

RBCC引射模态DAB模式二次燃烧数值研究

对火箭基组合循环(RBCC)引射模态煤油燃料扩散后体燃烧(DAB)模式二次燃烧过程进行了数值研究。研究中使用了简单快速单步不可逆化学反应模型、三维非结构网格有限体积方法和k-ε湍流模型。结果发现引入DAB燃烧后,可以提高系统推力性能,但在地面静止自由引射状态未发现推力正增益;二次燃料喷嘴处于二次燃烧室的后部将更加有利于提高燃烧效率。     

脉冲技术在固体发动机不稳定燃烧研究中的应用

本文介绍了脉冲技术在固体发动机燃烧不稳定性研究中的应用,简介了烟火式、低猛度、活塞式三种常用的脉冲发生器的结构和性能计算公式,给出了冷气管和发动机试验的结果,其结果与预测值吻合良好.由此证明了综合非线性燃烧不稳定性模型能够预示发动机中的全部非线性燃烧不稳定现象,并可精确计算固体发动机点火初始脉冲的振幅和波形.     

气体燃料燃烧强化和污染控制的分析与探讨

本篇通过燃气燃烧特性的分析，指出了强化燃烧的措施，并通过燃气燃烧污染因素的分析，指出了污染控制的措施。     

药条燃烧器的发展

药条燃烧器是研究固体推进剂装药燃烧的一种重要的实验室装置。本文评述了药条燃烧器三十年来的发展历程,简要介绍了作者在此基础上研制的一种多功能燃面恒位药条燃烧器系统的原理、性能和结构特点。