双模态超燃冲压发动机隔离段流动特性研究

发布时间：2018-06-28 12:23

本文选题：双模态超燃冲压发动机 + 隔离段　；参考：《中国空气动力研究与发展中心》2015年硕士论文

【摘要】：宽马赫数范围内良好的工作性能使双模态超燃冲压发动机成为高超声速飞行器的理想推进装置之一。其中位于进气道与燃烧室之间的隔离段部件发挥着隔离燃烧过程与压缩过程的重要作用,避免了燃烧室直接对进气道产生干扰,保证了双模态发动机的稳定工作。研究隔离段反压特性与流场结构是超燃冲压发动机研发及工程应用的基础和必要前提。本文通过数值计算对隔离段抗反压特性、隔离段与燃烧室相互作用及飞行条件下的伪激波长度开展研究。对圆形及不同宽高比的矩形截面隔离段进行三维数值模拟,分析了反压、来流马赫数、总温、壁温、构型参数等因素对伪激波结构和隔离段流场的影响,获得了伪激波长度、隔离段出口及性能参数随各影响因素的变化规律。首先,研究结果表明不同构型的隔离段在流场结构与激波形态上存在较大差异,反压作用下的圆截面隔离段流场结构基本对称,壁面压力分布均匀,伪激波的碗状初始激波后存在周向分离涡;而矩形隔离段分离区则集中在角区,分离涡使隔离段壁面压力存在一定波动,与圆截面隔离段均匀分布的壁压明显不同;来流条件与反压固定时,宽高比越大矩形隔离段内初始激波形态越接近正激波,组成激波串的有序激波整体强度越弱,间距越小,可观察到的激波数目减少;其次,隔离段入口来流条件也对其流场及性能有很大的影响,来流马赫数增大时隔离段抗反压能力显著提高,出口参数不均匀程度整体增大,正激波串逐渐向斜激波串转变。虽然高来流马赫数时隔离段承受的压比更大,但低来流马赫数下隔离段的抗反压极限更接近正激波压比;来流总温及隔离段壁面温度升高均会使边界层更厚,伪激波长度增加,隔离段抗反压能力下降;分析各计算状态下圆截面及矩形截面隔离段的出口加权参数,研究发现出口加权马赫数随隔离段出入口压升的增大线性减小,线性斜率与截距可以表示为来流马赫数的幂函数;压升增大时,总压恢复系数线性减小,温升比则线性增大,不同构型隔离段的斜率相仿;对单独隔离段反压特性进行分析后,将隔离段与燃烧室作为一个整体研究,分别对两种发动机构型进行三维数值模拟,结合燃烧模态,初步分析隔离段与燃烧室相互作用、相互影响时流场中的波系结构及分离特征。结果表明,来流、燃料及构型的差异使得圆形与矩形截面发动机内初始激波形态、分离区范围等流场特征存在明显区别,但两种构型在不同燃烧模态下的波系结构与燃烧分布仍具有一定的共同点,在本文研究的工况下均呈现以下特征:纯超燃模态时隔离段末端第一注油位处的强桶状激波与构型带来的波系一同在壁面间反射,导致燃烧室内形成了复杂的波系结构,此时燃烧基本仅在凹槽及扩张段内完成,化学反应与高温区的分布相对集中;双模态超燃与亚燃时,隔离段内形成伪激波后燃烧室内强波系消失,随着伪激波前移燃烧室流场均匀性越来越好。一般隔离段内伪激波的形成伴随着少量燃烧产物的出现,此时部分燃烧可能在隔离段内完成。对于两种构型,隔离段内流场结构均对燃烧室内波系影响非常大,很大程度上决定了燃烧室流场的均匀程度。最后通过二维数值模拟简单分析飞行器实际工作时进气道、燃烧室作用下的隔离段流场及伪激波结构;并对不同工作条件及反压下的伪激波长度进行了数据拟合,初步得到了针对某矩形截面发动机构型伪激波长度关于来流马赫数、飞行攻角、压升比的拟合式,为建立衡量隔离段在飞行器工作时抗反压能力的伪激波长度模型提供了参考。
[Abstract]:In this paper , the influence of the pressure on the flow field and the flow field of the isolated section is studied by numerical calculation . The results show that the pressure ratio of the isolated section is more close to the positive shock wave than the normal shock wave . The pressure distribution of the isolated section is more close to the positive shock wave length . In this paper , the characteristics of the wave system in the flow field and its separation characteristics are discussed . The results show that the difference between the flow , the fuel and the configuration is obviously different from the initial shock wave form , the range of the separation zone and so on in the combustion chamber . The formation of the pseudo shock wave in the isolated section is accompanied by the occurrence of a small amount of combustion products .
【学位授予单位】：中国空气动力研究与发展中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V235.21

【参考文献】