旋转爆震发动机火焰与压力波传播特性研究
发布时间：2021-10-16 22:15
旋转爆震发动机（Rotating Detonation Engine,简称RDE）是一种基于爆震的新型推进装置,具有放热快、热循环效率高、结构简单的特点,成为近年研究热点。本文在气相非预混RDE中进行实验,并结合数值模拟,对RDE中火焰与压力波的传播特性进行研究。实验中,通过改变反应物当量比、质量流率、燃烧室长度、燃烧室环缝宽度、尾喷管构型及氧化剂喷注面积等因素,并通过开展长程实验,得到了不稳定工作模态和稳定工作模态,结合离子信号、压力信号和高速摄影图片,对不同工作模态下的火焰与压力波进行分析。数值模拟中,采用了 4种不同构型的尾喷管,分析了不同质量流率下,RDE的内流场结构和工作特性。结果表明:点火阶段,外壁面和内壁面火焰发展快于中间火焰,在随后的双波对撞过程中,火焰与压力波先解耦再稱合。熄火阶段,离子信号峰值、压力峰值及压力波的传播速度逐渐降低,火焰与压力波耦合传播一段时间后解耦熄火。轴向脉冲爆震模态下,压力波沿轴向做高频周期性运动,向RDE出口传播时,压力波强度逐渐衰减,向燃烧室入口传播时,压力波强度先衰减,在入口附近增强。燃烧室长度增加后,轴向脉冲爆震的频率有所降低。在当量比较...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２Ｃ－Ｊ理论
波简化为一个含化学反应的一维定常传播的强间断面，忽略了波的结构，是理想的定??常爆震理论。??ＺＮＤ?（Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈ－Ｎｅｕｍａｎｎ－Ｄｏｅｒｉｎｇ）理论诞生于２０世纪４０年代，图１．３是该理论??的示意图，图中给出了温度、压力和密度曲线，可以看出：爆震波由前导激波和紧随??其后的燃烧波耦合组成，激波前后存在较大梯度。前导激波压缩反应工质，使其温度、??压力和密度大幅上升，经过感应区的诱导后发生剧烈化学反应，化学反应释放的热量??又为激波的传播提供能量虽然ＺＮＤ模型仍然是简单的层流结构，但已包含了点火、??传播和熄灭机制，部分热量、动量损失现象得以解释。??ｔ?Ｐ爆震区??＾?澈波??：ｕａ?Ｍｍ?Ｔ??｜?Ａ?—／?｜??Ｉ７＊????ｌ／Ａ—＇??＾＿＿＿＿?爆燃区?感应区反应达＿?ｐ??；?７７＾?！￣ｒ?２?ｒＴ??ｉ／ｐ??图１．２Ｃ－Ｊ理论?图１．３?ＺＮＤ理论??２０世纪五六十年代，涌现出了大量的爆震实验研宄，研宄结果表明：化学反应区??２??
ＲＤＥ应用于吸气式发动机中是可行的。??？１＇〇１〇￥等［２７］以外径为４０６ｍｍ，环缝宽２５ｍｍ的大尺寸ＲＤＣ为研究对象，实验系统??实物如图１．５所示，研宄不同ａｉｒ进气环缝宽度（２＿、５ｍｍ、１５ｍｍ）对ＲＤＷ传播特??性的影响，结果表明：随着ａｉｒ进气环缝宽度的增加，燃烧室内的爆震波波头数从４个??逐渐减少到１个，最终转变为轴向脉冲爆震。此外，还考虑了出口阻塞比对发动机推??进性能的影响。？１￣〇１〇￥［２８］对燃烧室环缝宽２３ｍｍ的非预混ＲＤＥ进行三维数值计算，在??该ＲＤＥ模型的压缩机和燃烧室入口之间及燃烧室出口和涡轮之间都加上了隔离段，实??现了ＲＤＣ和涡轮组合的可行性验证，结果表明隔离段的加入能减小燃烧室内爆震波的??传播对上游进气结构及下游涡轮的影响，与爆燃相比，爆震使总压提高约１５％。??Ｄｕｂｒｏｖｓｋｉ＾［２９＾Ｈ２／ａｉｒ组合为反应物，设置来流马赫数为５．０、飞行高度为２０ｋｍ??的外部工况条件进行数值模拟
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷管对旋转爆震发动机性能影响的实验[J]. 高剑,马虎,裴晨曦,武晓松,徐灿. 航空动力学报. 2016(10)
[2]不同燃烧室长度的旋转爆震发动机实验研究[J]. 高剑,武晓松,马虎,彭磊,徐灿. 推进技术. 2016(10)
[3]连续旋转爆轰发动机冷流场的混合特性研究[J]. 周蕊,李晓鹏. 航空学报. 2016(12)
[4]高总温来流下的连续旋转爆震验证试验[J]. 王超,刘卫东,刘世杰,蒋露欣,林志勇. 推进技术. 2016(03)
[5]带扩张喷管的氢氧连续旋转爆震发动机工作过程数值仿真[J]. 王迪,周进,林志勇. 战术导弹技术. 2015(06)
[6]旋转爆轰发动机燃烧室掺混特性数值研究[J]. 徐雪阳,武晓松,卓长飞,马虎. 弹道学报. 2015(03)
[7]连续旋转爆震波传播模态试验[J]. 王超,刘卫东,刘世杰,林志勇,蒋露欣. 国防科技大学学报. 2015(04)
[8]连续旋转爆轰发动机参数特性的三维数值模拟[J]. 武丹,刘岩,王健平. 航空动力学报. 2015(07)
[9]当量比对液体燃料旋转爆轰发动机爆轰影响实验研究[J]. 郑权,翁春生,白桥栋. 推进技术. 2015(06)
[10]H2/Air连续旋转爆震发动机推力测试（Ⅱ）-双波模态下的推力[J]. 林伟,周进,林志勇,刘世杰. 推进技术. 2015(05)
本文编号：3440590
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２Ｃ－Ｊ理论
波简化为一个含化学反应的一维定常传播的强间断面，忽略了波的结构，是理想的定??常爆震理论。??ＺＮＤ?（Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈ－Ｎｅｕｍａｎｎ－Ｄｏｅｒｉｎｇ）理论诞生于２０世纪４０年代，图１．３是该理论??的示意图，图中给出了温度、压力和密度曲线，可以看出：爆震波由前导激波和紧随??其后的燃烧波耦合组成，激波前后存在较大梯度。前导激波压缩反应工质，使其温度、??压力和密度大幅上升，经过感应区的诱导后发生剧烈化学反应，化学反应释放的热量??又为激波的传播提供能量虽然ＺＮＤ模型仍然是简单的层流结构，但已包含了点火、??传播和熄灭机制，部分热量、动量损失现象得以解释。??ｔ?Ｐ爆震区??＾?澈波??：ｕａ?Ｍｍ?Ｔ??｜?Ａ?—／?｜??Ｉ７＊????ｌ／Ａ—＇??＾＿＿＿＿?爆燃区?感应区反应达＿?ｐ??；?７７＾?！￣ｒ?２?ｒＴ??ｉ／ｐ??图１．２Ｃ－Ｊ理论?图１．３?ＺＮＤ理论??２０世纪五六十年代，涌现出了大量的爆震实验研宄，研宄结果表明：化学反应区??２??
ＲＤＥ应用于吸气式发动机中是可行的。??？１＇〇１〇￥等［２７］以外径为４０６ｍｍ，环缝宽２５ｍｍ的大尺寸ＲＤＣ为研究对象，实验系统??实物如图１．５所示，研宄不同ａｉｒ进气环缝宽度（２＿、５ｍｍ、１５ｍｍ）对ＲＤＷ传播特??性的影响，结果表明：随着ａｉｒ进气环缝宽度的增加，燃烧室内的爆震波波头数从４个??逐渐减少到１个，最终转变为轴向脉冲爆震。此外，还考虑了出口阻塞比对发动机推??进性能的影响。？１￣〇１〇￥［２８］对燃烧室环缝宽２３ｍｍ的非预混ＲＤＥ进行三维数值计算，在??该ＲＤＥ模型的压缩机和燃烧室入口之间及燃烧室出口和涡轮之间都加上了隔离段，实??现了ＲＤＣ和涡轮组合的可行性验证，结果表明隔离段的加入能减小燃烧室内爆震波的??传播对上游进气结构及下游涡轮的影响，与爆燃相比，爆震使总压提高约１５％。??Ｄｕｂｒｏｖｓｋｉ＾［２９＾Ｈ２／ａｉｒ组合为反应物，设置来流马赫数为５．０、飞行高度为２０ｋｍ??的外部工况条件进行数值模拟
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷管对旋转爆震发动机性能影响的实验[J]. 高剑,马虎,裴晨曦,武晓松,徐灿. 航空动力学报. 2016(10)
[2]不同燃烧室长度的旋转爆震发动机实验研究[J]. 高剑,武晓松,马虎,彭磊,徐灿. 推进技术. 2016(10)
[3]连续旋转爆轰发动机冷流场的混合特性研究[J]. 周蕊,李晓鹏. 航空学报. 2016(12)
[4]高总温来流下的连续旋转爆震验证试验[J]. 王超,刘卫东,刘世杰,蒋露欣,林志勇. 推进技术. 2016(03)
[5]带扩张喷管的氢氧连续旋转爆震发动机工作过程数值仿真[J]. 王迪,周进,林志勇. 战术导弹技术. 2015(06)
[6]旋转爆轰发动机燃烧室掺混特性数值研究[J]. 徐雪阳,武晓松,卓长飞,马虎. 弹道学报. 2015(03)
[7]连续旋转爆震波传播模态试验[J]. 王超,刘卫东,刘世杰,林志勇,蒋露欣. 国防科技大学学报. 2015(04)
[8]连续旋转爆轰发动机参数特性的三维数值模拟[J]. 武丹,刘岩,王健平. 航空动力学报. 2015(07)
[9]当量比对液体燃料旋转爆轰发动机爆轰影响实验研究[J]. 郑权,翁春生,白桥栋. 推进技术. 2015(06)
[10]H2/Air连续旋转爆震发动机推力测试（Ⅱ）-双波模态下的推力[J]. 林伟,周进,林志勇,刘世杰. 推进技术. 2015(05)
本文编号：3440590
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