旋转爆震发动机推力性能研究

发布时间：2017-10-07 21:03

  本文关键词：旋转爆震发动机推力性能研究

  更多相关文章： 旋转爆震 燃烧室长度 喷管 推力 双波模态

【摘要】：旋转爆震发动机(Rotating Detonation Engine, RDE)在未来推进领域中具有广阔的应用前景,近年来得到了世界各国的广泛关注。本文通过实验和数值模拟,开展了旋转爆震发动机工作性能的研究。为了研究燃烧室长度、喷管、拉瓦尔喷管结构尺寸、入口质量流量以及当量比等因素对旋转爆震发动机(RDE)推力和比冲的影响,设计了RDE推力测试台,以环形燃烧室内径和外径分别为70mmm和80mm的RDE作为实验模型,以氢气和空气分别作为燃料和氧化剂,使用高能火花塞直接点火,并用压电式力传感器测量推力。采用7组分8步基元反应模型,对真实情况下氢氧分开喷注的的旋转爆震发动机开展三维数值模拟工作,并将计算结果与实验结果进行对比分析。实验和数值模拟结果表明：(1)燃烧室长度对发动机推力性能的影响比较有限,但是对发动机稳定工作的工况范围却有着很大的影响。(2)存在一个最佳当量比范围,使发动机推力性能达到最佳。(3)入口质量流量的增大,会使发动机推力和比冲一直保持近似线性增大的趋势。(4)拉瓦尔喷管对发动机推力性能的提升潜力最大。在能够保证发动机稳定工作的前提下,拉瓦尔喷管喉部宽度越小,对发动机推力性能的提升越大。针对于不同的入口质量流量,选择合适的喷管扩张比,将会对发动机推力性能产生很大的影响。(5)较小喉部宽度的喷管和较大的入口质量流量是促使双波模态产生的两个很重要的因素。发动机工作在双波模态时,会大大减小发动机推力偏心。
【关键词】：旋转爆震 燃烧室长度 喷管 推力 双波模态
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V235.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-23
• 1.1 研究背景和意义13
• 1.2 旋转爆震发动机基本概念及发展历程13-18
• 1.2.1 旋转爆震发动机基本概念及工作原理13-14
• 1.2.2 旋转爆震发动机发展历程及研究现状14-18
• 1.3 发动机推力测试方法18-21
• 1.3.1 直接测量法18-19
• 1.3.2 推力壁压力积分法19-20
• 1.3.3 弹簧-质量-阻尼系统法20
• 1.3.4 抛物摆法20-21
• 1.4 本文主要工作内容21-23
• 2 实验系统及数值方法介绍23-30
• 2.1 实验系统介绍23-26
• 2.1.1 推力测试台23-24
• 2.1.2 模型发动机24
• 2.1.3 推进剂供给系统24-25
• 2.1.4 控制和采集系统25
• 2.1.5 推力测试的误差分析25-26
• 2.2 数值方法及物理模型介绍26-28
• 2.2.1 物理模型与计算方法介绍26-28
• 2.2.2 比冲计算方法28
• 2.3 小结28-30
• 3 燃烧室长度对旋转爆震发动机(RDE)推力性能的影响30-46
• 3.1 实验过程分析30-32
• 3.2 燃烧室长度对RDE稳定工作工况范围的影响32-34
• 3.3 当量比对不同燃烧室长度的RDE推力性能的影响34-36
• 3.4 入口质量流量对不同燃烧室长度的RDE推力性能的影响36-40
• 3.5 数值模拟结果分析40-45
• 3.5.1 流场结构分析40-41
• 3.5.2 燃烧室长度对RDE工作性能的影响41-45
• 3.6 小结45-46
• 4 喷管对旋转爆震发动机(RDE)推力性能的影响46-68
• 4.1 实验过程分析46-48
• 4.2 当量比对安装不同喷管的RDE推力性能的影响48-52
• 4.3 入口质量流量对安装不同喷管的RDE推力性能的影响52-55
• 4.4 发动机工作模态的转变55-57
• 4.5 数值模拟结果分析57-67
• 4.5.1 喷管对RDE工作性能的影响57-62
• 4.5.2 双波的产生及其对发动机工作性能的影响62-67
• 4.6 小结67-68
• 5 拉瓦尔喷管结构参数对旋转爆震发动机(RDE)推力性能的影响68-82
• 5.1 拉瓦尔喷管喉部宽度对RDE推力及比冲的影响69-71
• 5.2 拉瓦尔喷管扩张比对RDE推力及比冲的影响71-73
• 5.3 数值模拟结果分析73-81
• 5.3.1 拉瓦尔喷管喉部宽度对RDE工作性能的影响73-77
• 5.3.2 拉瓦尔喷管扩张比对RDE工作性能的影响77-81
• 5.4 小结81-82
• 6 结论与展望82-84
• 6.1 本文工作总结82-83
• 6.2 本文创新点83
• 6.3 未来展望83-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-91
• 攻读硕士学位期间科研成果及参与项目说明91
• 1. 论文91
• 2. 参与项目91

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本文编号：990039