RBCC引射模态发动机设计技术研究进展
发布时间：2021-05-31 20:20
RBCC发动机未来可实现地面自主水平起降、可重复使用等功能,具有潜在的低成本和高可靠性优势,因而成为天地往返推进系统备选方案之一。但引射模态发动机性能偏低,限制了RBCC发动机的应用,引射模态发动机性能亟需提升。针对多模态RBCC引射模态发动机性能偏低的问题,阐述了RBCC引射模态发动机基本气动热力过程。综述了引射模态推力增益、主次流相互作用以及二次燃烧组织等引射模态发动机关键技术的研究进展,并分析了RBCC引射模态发动机设计进一步的研究方向。
【文章来源】：飞航导弹. 2020,(02)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
RBCC发动机构型示意图
为了提高主次流混合效率，Qu等[11]数值模拟结果表明，当二次流流量一定时，主次流混合效率随主流流量的增大而提高;当主流流量一定时，主次流混合效率随二次流流量的增大而降低。Hasegawa等[12]针对凹型主火箭喷管开展了数值模拟和实验研究，通过提高主次流掺混效率，获得了更高的引射抽吸能力，尤其是在主次流总压比较高的情况下。Etele等针对主次流引射混合增强技术开展了持续研究，利用时均湍流模型模拟了主火箭构型对主次流混合过程的影响[13]，认为流道构型、主火箭射流与空气流的入射角度对混合过程影响有限，采用单一主火箭布局主次流混合效果差，并进一步利用纯氧模拟火箭燃气开展了地面零速引射实验[14-15]，结果发现与常规的锥形喷管相比，环形火箭喷管混合效率更高，可将引射比提高75%，混合气流平均马赫数可提高30%。
在主火箭膨胀比一定的条件下，过度提高主火箭室压会产生Fabri壅塞现象。对此，Gist等[18]利用氮气模拟主火箭射流，主火箭喷管膨胀比为10，主次流总压比最高达115，主火箭喷管出口射流可达马赫数3.92，冷流条件下主次流总压比约为80时，验证了Fabri壅塞现象。进一步实验研究[19]表明，当主次流总压比高于74时，可产生Fabri壅塞，引射比、火箭射流总压恢复系数、引射空气流马赫数均与主次流总压比有关，Fabri壅塞导致引射比和发动机性能降低。为了解决这一问题，Lin等[20]结合理论分析和全流道一体化数值模拟研究结果，认为提高主火箭室压的同时提高火箭喷管膨胀比，使火箭射流在火箭喷管内充分膨胀，可提高主火箭射流对引射空气的加速能力进而提高引射比，并可同时提高火箭推力和RBCC发动机推力。进气道处于不起动状态下，主次流燃烧释热过程影响进气道工作状态。刘大等[21]数值模拟研究发现，为了延迟富燃主火箭燃气射流与引射空气流的混合过程，应避免过早地在扩张流道内产生热力壅塞。Muller等[22]利用当量火箭燃气将富燃的涡轮乏气屏蔽起来，涡轮乏气射流与火箭射流总压比对主次流的混合过程产生重要影响，随着总压比的提高，横向混合逐渐增强。
【参考文献】：
期刊论文
[1]RBCC发动机火箭推力增益之探讨[J]. 刘昊,王君. 火箭推进. 2017(01)
[2]基于放热分布的RBCC热力喉道研究[J]. 王亚军,李江,何国强,秦飞,汤祥. 推进技术. 2016(04)
[3]火箭冲压组合发动机燃烧的若干基础问题研究[J]. 何国强,秦飞,魏祥庚,曹东刚,黄志伟,刘冰. 实验流体力学. 2016(01)
[4]火箭射流对RBCC进气道性能的影响[J]. 刘大,李博,黄国平. 推进技术. 2010(02)
[5]RBCC组合发动机的方案分析和工作模态[J]. 叶中元. 火箭推进. 2003(01)
本文编号：3208911
【文章来源】：飞航导弹. 2020,(02)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
RBCC发动机构型示意图
为了提高主次流混合效率，Qu等[11]数值模拟结果表明，当二次流流量一定时，主次流混合效率随主流流量的增大而提高;当主流流量一定时，主次流混合效率随二次流流量的增大而降低。Hasegawa等[12]针对凹型主火箭喷管开展了数值模拟和实验研究，通过提高主次流掺混效率，获得了更高的引射抽吸能力，尤其是在主次流总压比较高的情况下。Etele等针对主次流引射混合增强技术开展了持续研究，利用时均湍流模型模拟了主火箭构型对主次流混合过程的影响[13]，认为流道构型、主火箭射流与空气流的入射角度对混合过程影响有限，采用单一主火箭布局主次流混合效果差，并进一步利用纯氧模拟火箭燃气开展了地面零速引射实验[14-15]，结果发现与常规的锥形喷管相比，环形火箭喷管混合效率更高，可将引射比提高75%，混合气流平均马赫数可提高30%。
在主火箭膨胀比一定的条件下，过度提高主火箭室压会产生Fabri壅塞现象。对此，Gist等[18]利用氮气模拟主火箭射流，主火箭喷管膨胀比为10，主次流总压比最高达115，主火箭喷管出口射流可达马赫数3.92，冷流条件下主次流总压比约为80时，验证了Fabri壅塞现象。进一步实验研究[19]表明，当主次流总压比高于74时，可产生Fabri壅塞，引射比、火箭射流总压恢复系数、引射空气流马赫数均与主次流总压比有关，Fabri壅塞导致引射比和发动机性能降低。为了解决这一问题，Lin等[20]结合理论分析和全流道一体化数值模拟研究结果，认为提高主火箭室压的同时提高火箭喷管膨胀比，使火箭射流在火箭喷管内充分膨胀，可提高主火箭射流对引射空气的加速能力进而提高引射比，并可同时提高火箭推力和RBCC发动机推力。进气道处于不起动状态下，主次流燃烧释热过程影响进气道工作状态。刘大等[21]数值模拟研究发现，为了延迟富燃主火箭燃气射流与引射空气流的混合过程，应避免过早地在扩张流道内产生热力壅塞。Muller等[22]利用当量火箭燃气将富燃的涡轮乏气屏蔽起来，涡轮乏气射流与火箭射流总压比对主次流的混合过程产生重要影响，随着总压比的提高，横向混合逐渐增强。
【参考文献】：
期刊论文
[1]RBCC发动机火箭推力增益之探讨[J]. 刘昊,王君. 火箭推进. 2017(01)
[2]基于放热分布的RBCC热力喉道研究[J]. 王亚军,李江,何国强,秦飞,汤祥. 推进技术. 2016(04)
[3]火箭冲压组合发动机燃烧的若干基础问题研究[J]. 何国强,秦飞,魏祥庚,曹东刚,黄志伟,刘冰. 实验流体力学. 2016(01)
[4]火箭射流对RBCC进气道性能的影响[J]. 刘大,李博,黄国平. 推进技术. 2010(02)
[5]RBCC组合发动机的方案分析和工作模态[J]. 叶中元. 火箭推进. 2003(01)
本文编号：3208911
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