Ma4～7双模态冲压发动机燃烧室热力工作过程与性能潜力研究

发布时间：2017-09-14 14:13

  本文关键词：Ma4～7双模态冲压发动机燃烧室热力工作过程与性能潜力研究

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【摘要】：如何进一步提升性能、改善推力是目前双模态冲压发动机研究中的重点,获得冲压发动机的性能潜力及其实现条件则是解决该问题的前提。本论文从经典一维复杂加热管流的气动热力学理论分析出发,以双模态机制最新认识为基础,详细分析了双模态冲压发动机燃烧室热力工作过程所有可能的热力循环路径,通过损失分析收缩了最优工作过程的热力循环路径范围,以其中确定为最优的典型路径特点为原型,建立了以特征马赫数为表征的、代表一族可产生最优性能热力过程的等效热力工作过程模型,完善了描述这种热力工作过程所需的物理模型,经燃烧试验验证,形成了一套双模态冲压发动机等效热力工作过程与性能潜力关系的分析方法。该方法全面考虑气体组分变化、比热比变化、燃烧产物离解、壁面摩擦力和热损失的影响,可以快速地评估发动机燃烧室入口参数、面积/释热匹配与性能潜力之间的关系。采用上述方法,在飞行马赫数4~7范围内,研究了双模态冲压发动机燃烧室热力工作过程与性能之间的关系,以及一些影响因素(包括入口条件、当量比、飞行轨道高度以及尾喷管膨胀程度)对这些关系的影响程度,从中发现了性能潜力的实现条件,总结了双模态冲压发动机性能潜力受燃烧室入口条件与热力工作过程影响的灵敏度关系,该关系可用于指导双模态冲压发动机流道一体化和性能优化设计。通过这些研究,形成了对双模态冲压发动机工作过程设计与控制的系统认识,指出了为获得最优热力工作过程需要在燃烧组织技术方面努力的方向。采用上述方法,在飞行马赫数4~7范围内,通过研究典型地面模拟设备污染组分条件对双模态冲压发动机性能与热力工作过程关系的影响程度,从获得最优性能的角度(不涉及熄火边界),推荐在地面试验中采用适当设备,获得最优热力工作过程,按照这个工作过程针对纯空气条件重新设计燃烧室扩张比的方法,并结合污染组分对燃烧组织结果的影响,修正设计燃烧室关键结构参数。本论文的研究证明,所建立的燃烧室特征马赫数为表征的燃烧室热力工作过程等效分析方法,在认识燃烧室热力工作过程规律、辅助设计燃烧室关键技术参数方面具有很好的应用前景,值得进一步应用和推广。
【关键词】：双模态冲压发动机 燃烧室特征马赫数 等效热力工作过程分析方法 性能潜力条件 污染组分影响 试验验证
【学位授予单位】：中国空气动力研究与发展中心
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V231
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-17
• 第一章 论文的研究背景和意义17-33
• §1.1 研究背景和意义17-19
• §1.2 国内外研究现状19-30
• §1.3 研究存在的问题与不足30-31
• §1.4 论文主要研究内容31-33
• 第二章 以燃烧室特征马赫数为表征的等效热力过程分析方法33-61
• §2.1 对双模态冲压发动机工作循环的认识33-36
• §2.2 双模态燃烧室热力工作过程表征参数36-39
• §2.3 超声速燃烧室双模态热力工作过程简化模型39-57
• §2.4 流场参数求解过程57-58
• §2.5 性能评价指标58-60
• §2.6 小结60-61
• 第三章 特征马赫数等效过程分析方法的试验验证61-76
• §3.1 验证思路61-62
• §3.2 直连式试验验证62-67
• §3.3 自由射流试验验证67-74
• §3.4 小结74-76
• 第四章 纯空气条件下燃烧室热力工作过程与性能潜力关系研究76-135
• §4.1 燃烧室热力工作过程与性能潜力关系研究76-82
• §4.2 燃料当量比对热力工作过程与性能潜力关系影响分析82-90
• §4.3 燃烧室入口参数对热力工作过程与性能潜力关系影响研究90-103
• §4.4 飞行轨道高度对热力工作过程与性能潜力关系影响分析103-110
• §4.5 尾喷管膨胀程度对热力工作过程与性能潜力关系影响分析110-125
• §4.6 性能潜力灵敏度关系式拟合125-133
• §4.7 小结133-135
• 第五章 污染气体条件下燃烧室热力工作过程与性能潜力关系研究135-155
• §5.1 地面试验污染气体参数135-137
• §5.2 燃烧室热力工作过程与性能潜力关系影响分析137-147
• §5.3 燃烧室入口参数对热力工作过程与性能潜力关系影响研究147-154
• §5.4 小结154-155
• 第六章 双模态冲压发动机试验模型的工作过程设计155-170
• §6.1 进气道及燃烧室入口条件155-158
• §6.2 Ma4~7 宽马赫数固定几何双模态燃烧室关键参数设计158-161
• §6.3 Ma4~7 固定几何双模态冲压发动机燃烧组织试验结果及工作过程反演161-167
• §6.4 设计预期与试验结果的对比167-169
• §6.5 小结169-170
• 第七章 结束语170-174
• §7.1 论文主要成果170-172
• §7.2 论文主要创新点172
• §7.3 对未来工作的展望172-174
• 致谢174-175
• 参考文献175-184
• 附录A 激波串出口马赫数影响分析184-188
• 附录B 壁面摩擦系数影响分析188-194
• 附录C 燃气离解产物计算验证194-196
• 附录D 壁面热损失影响分析196-205
• 附录E 个人简历205-206

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本文编号：850492