固体燃料冲压发动机(Solid Fuel Ramjet,SFRJ)具有结构简单、比冲高、使用安全等优点,是一种具有广阔应用前景的动力推进系统。旋流进气技术的应用可以增强固体燃料热解产物与来流空气的掺混,提高燃烧效率和燃速。固体燃料中添加炭黑可以提高火焰对燃烧表面的热反馈强度,增强燃烧稳定性。本文通过实验和数值仿真相结合的方法,研究了旋流对含炭黑固体燃料冲压发动机燃烧性能的影响。(1)设计并加工了炭黑-聚乙烯固体燃料加工模具,该装置的特点是能够避免炭黑-聚乙烯固体燃料在冷却过程形成缩孔,保证固体燃料质量,而且该装置还具有结构简单、便于操作等特点。(2)通过激光点火实验,研究了不同环境压强下炭黑含量对聚乙烯固体燃料点火和燃烧性能的影响。结果表明,固体燃料聚乙烯点火过程为典型的气相点火,燃烧火焰属扩散火焰。点火延迟时间随着炭黑的加入急剧缩短,当炭黑质量分数大于20%时,炭黑质量分数的增加对点火延迟时间的影响很小。点火延迟时间随着环境压强的增加缩短,当环境压强大于0.2MPa时,环境压强的增加对点火延迟时间的影响很小。根据实验结果,采用最小二乘法,拟合得到了环境压强为0.1～0.5MPa时点火延迟时间与炭黑质量分数的函数关系式。固体燃料的燃速随炭黑质量分数的增大而减小,随压强的增大而增大,当炭黑质量分数大于5%时,炭黑质量分数是影响固体燃料燃速的主要因素。(3)通过地面直连式固体燃料冲压发动机实验,研究了不同来流进气方式情况下炭黑对SFRJ燃烧性能的影响。结果表明,聚乙烯中加入质量分数为5%的炭黑,改变了聚乙烯的初始点火特性,可以有效提高固体燃料的燃烧稳定性、燃速、特征速度和推力,而且在旋流进气情况下提高效果更佳明显。随着来流旋流强度的增强,提高了固体燃料的燃速和燃烧稳定性,但是这会导致回流区长度缩短,在一定程度上降低了火焰的稳定性。随着突扩台阶高度的增大,提高了燃烧稳定性和燃烧效率,但燃气通道面积也随之增大,固体燃料平均燃速的降低。(4)应用流体计算软件Fluent,对不同来流进气方式情况下炭黑对SFRJ燃烧性能的影响进行了数值仿真研究。结果表明,旋流进气方式的引入,有助于热解产物与来流空气的掺混,提高炭黑的燃烧效率,回流区高温火焰更加贴近固体燃料燃面。但是回流区长度缩短,附着点后的高温火焰离固体燃料燃面更远。随着炭黑的加入,高温火焰更加靠近固体燃料燃面,说明炭黑的加入可以提高燃烧的稳定性。旋流进气工况固体燃料燃面有大量的炭颗粒积聚,在喷管收敛段有较少的炭颗粒积聚。