燃气发生器燃烧室实验研究

燃气发生器可以有效解决低马赫数、低总温条件下液态煤油在超声速燃烧室中点火与稳定燃烧的困难。为给低马赫数条件下燃气发生器设计和强迫点火方式提供参考,在来流马赫数6、总温1650K条件下,开展了不同燃烧室结构、煤油的添加及分布、燃烧组织方式对点火和燃烧的影响实验研究。研究结果表明,随着出口喉道的减小,冷热工况燃烧室壁面压力增大,同时隔离段内受扰动最前点位置向上游移动。燃烧室出口面积与隔离段出口面积之比Q_S为0.50时,进气道在冷工况能够正常运行,热工况时煤油开始燃烧造成进气道喘振;Q_S为0.78和1.12时,进气道在冷热工况均可正常运行;Q_S为0.78,两个喷注位置组合下,煤油当量油气比达到11时能够成功点火并稳定燃烧,进气道正常启动,燃气发生器能够产生高温富油燃气。低驱动压、大喷孔的离心喷嘴喷注煤油更容易燃烧且燃烧效果更好。高富油条件下,以可添加煤油最大煤油量为分界,增加或减少煤油喷注量,可以作为小范围控制生成燃气温度的一种方式。     

模糊PI控制算法在燃气发生器上的应用

为了解决燃气发生器喉部时变性和自由容积时变性使得控制系统对燃气发生器压力控制较为困难的问题,采用钨渗铜制成锥阀进行了点火实验,对燃气发生器工作过程中喉部时变性进行了研究,采用模糊PI控制算法与模糊积分算法和PI算法进行压力控制仿真对比,研究了模糊PI控制算法对容积时变的燃气发生器压强控制的有效性。结果表明:由钨渗铜制成的锥阀较好地解决了喉部时变性,当燃气发生器自由容积变化15倍时,模糊PI算法响应速度是PI算法的5.57倍,超调量是PI算法的0.27倍,三种算法中,模糊PI算法响应速度最快、压力产生的超调量最小,因而模糊PI算法可以较好地解决自由容积时变性带来的控制超调和响应慢的问题。     

分开排气涡扇发动机的热力循环分析

基于燃气发生器的概念分析了分开排气涡扇发动机的效率划分。在此基础上,通过理论推导证明了分开排气涡扇发动机的最佳外涵风扇增压比的存在判据,及其单位推力、效率和耗油率极值的等价性。给出的判据可以作为实际分排涡扇发动机设计中的最佳外涵风扇增压比的选择依据。针对两型大涵道比分开排气涡扇发动机热力循环分析的结果表明:当外内涵排气速度的比值与风扇、低压涡轮效率的乘积相等时,发动机的总效率和单位推力最大,耗油率最低,从而证明了本文给出的效率划分和最佳外涵风扇增压比判据是合理的。      

RP-3航空煤油替代燃料简化机理及其验证

选定正癸烷作为RP-3航空煤油单组分替代燃料,建立了一种包含36组分62步基元反应的简化机理.并设计了本生灯预混预蒸发试验系统对RP-3航空煤油的火焰进行了试验研究.同时,采用两种已被验证的煤油简化机理（分别为23步和38步）及62步简化机理对本生灯预混预蒸发燃烧火焰进行数值模拟,并将计算结果和试验数据相对比.结果表明：在轴向,温度和CO₂体积分数呈先上升后下降的趋势,并且温度在距喷口轴向距离为0.020m时达到最大值;而O₂体积分数呈现下降后上升的趋势,并且距喷口轴向距离为0.025m时达到最小值.与38步简化机理和23步简化机理所获得的数据相比,在各工况下,62步简化机理计算所获得的火焰温度分布和O₂体积分数分布与试验数据能很好地吻合;同时,62步简化机理计算的CO₂体积分数分布与试验数据变化规律基本一致,而23步和38步机理的计算结果只能保持和试验数据变化趋势的一致性.因此,选定的正癸烷可作为RP-3航空煤油的单组分替代燃料,并且所获得的62步简化机理能在较大范围内反映RP-3航空煤油的燃烧性能.     

含间隙折叠舵面的主共振响应分析

研究了含间隙折叠舵面的主共振响应.建立具有沉浮和俯仰间隙的二元舵面振动微分方程,两个运动方向受到同频简谐外激力.采用平均法求解系统的主共振周期解,结合数值法对方程组进行数值求解,研究系统主共振,得到振动幅频响应曲线.分析间隙、外激力、固定预载对于折叠舵面主共振的影响,结果表明：随着间隙增大,主共振响应曲线整体向左移动,非线性特点越来越突出,开始出现振幅跳跃和滞后现象;随着外激力增大,间隙范围内响应所占比例降低,非线性的影响也随之降低,系统振动特点接近线性;随着固定预载增大,共振形态变化较大.     

旋成体导弹小展弦比舵面大偏度对称状态下非对称流动机理

针对跨声速条件下,小展弦比截尖三角翼尾舵的旋成体导弹在小迎角、零侧滑、大舵偏对称状态下呈现出的非对称流动现象,本文首次对其进行了分析研究。首先,通过一系列测力试验、表面油流试验及粒子图像测速（PIV）试验对该非对称流动现象进行了精准捕捉,并对其产生的原因进行了分析。然后,基于已获得的试验数据及流场观测结果,借助数值模拟方法对所述非对称流动的细节、拓扑结构、空间形态及舵面压力分布等问题做了深入研究,并进行了详细讨论。结果表明：旋成体导弹小展弦比舵面大偏度对称偏转时,舵面前缘产生的翼尖涡会因舵面相距较近而相互干扰,促使翼尖涡沿流向非对称发展,使得舵面压力分布不均,最终导致非对称流动和较大横向量的产生,影响导弹的气动性能。     

数值解法在燃烧室出口燃气温度计算中的应用

为了求解燃气温度,利用双变量迭代法和赫夫法求解根据物质守恒、化学平衡、压力和能量守恒方程建立的非线性方程组,通过算例验证了2种数值解法求解化学平衡成分和温度的计算结果基本一致,在燃烧室出口温度场试验中,2种数值解法都能很好地满足测试需求,但双变量迭代法的计算收敛更快。试验结果表明:燃气分析的温度计算结果与热电偶的测温结果沿着燃烧室周向变化的趋势基本一致,燃气分析计算的温度基本大于热电偶测试结果。     

微型涡喷发动机燃烧室数值模拟

微型涡轮喷气发动机(Micro-turbine engine)燃烧室具有传热损失大及燃烧驻留时间短的特点。为了给微型燃烧室定型提供数据参考,对设计的微型环形燃烧室中的稳态燃烧过程进行数值模拟。计算入口边界参数采用等熵数值计算结果,喷雾性能参数通过试验获得,考虑了湍流化学反应、热辐射、液滴的蒸发及二次雾化等情况,得到燃烧室稳态工作时的速度场、温度场及浓度分布,计算结果可以较为准确地反映燃烧室的实际燃烧情况。计算结果表明,燃烧室设计合理,燃料可以充分燃烧,各项性能参数基本符合设计要求,能够为燃烧室的进一步优化设计提供改进依据。     

自力式调压阀变开度流场及特性分析

以研究自力式调压阀性能为目的,利用动态网格方法对阀门内流场进行数值模拟。通过对不同入口流量和弹性系数的多个算例分析得到:稳定压力和入口流量呈直线关系;稳定压力、阀门开度和弹性系数呈二次曲线关系。调压阀在入口质量流量变化时,阀门可以很快稳定,实现对压力和流量进行的调节。     

环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚型燃气发生剂燃烧物理模型

通过差热-热重联用、扫描电镜和单幅摄影等实验手段,研究了环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚/高氯酸铵/降温剂燃气发生剂燃烧机理,在AP复合推进剂的多火焰燃烧(BDP)模型基础上,建立了其燃气发生剂燃烧物理模型。认为燃气发生剂燃烧模型中存在四个火焰区,分别为PF焰、AP焰、PJW焰及FF焰,并运用该燃烧物理模型解释了燃烧中特殊现象(如燃速低、易熄火等)产生的原因。