超燃冲压发动机高温燃油供给系统建模与仿真研究

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掌握燃油供给系统特性是进行超燃冲压发动机燃油供给系统控制的基础,而燃油供给系统的性能和可靠性至关重要,它决定了整个超燃冲压发动机系统性能的优劣和发动机运行时的安全可靠性。随着高超声速飞行器飞行速度的提高,其发动机系统对燃油控制系统提出了响应速度快,控制误差小,工作性能可靠等要求。而由于采用吸热型碳氢燃料作为冷却剂对发动机和飞行器进行主动再生冷却,造成高温时燃油供给系统的冷却通道内的燃油出现了两相流状态,这种现象对燃油供给系统控制带来了很大的挑战。因为燃油密度变化很大,燃油质量流量控制比较困难,将严重地影响燃油供给系统的响应速度和控制误差,甚至能够影响到系统的稳定性,这对发动机的性能和可靠性的影响是致命的。因此掌握燃油供给系统特性,以设计一个好的控制器来解决由两相流带来的问题是非常必要的。基于此,本文对含有两相流的超燃冲压发动机燃油供给系统进行了分析和研究,内容主要包括:对象建模、稳态特性分析、动态特性分析等方面。具体工作如下:  1、超燃冲压发动机高温燃油供给系统模型的建立。本文对含有两相流的超燃冲压发动机燃油供给系统的结构和工作原理进行了详细的分析,分别建立了泵压式和挤压式的多点喷射的超燃冲压发动机高温燃油供给系统;为研究受热管道特性,基于AMESIM和MSC.EASY5分别建立了挤压式的单点喷射的燃油供给系统,以进行高温燃油供给系统的稳态特性和动态特性的仿真及分析。  2、超燃冲压发动机高温燃油供给系统的稳态性能分析。本文根据第二章基于AMESIM所建立的单点喷射的燃油供给系统模型,进行了调节阀开度、系统压差影响下的系统的质量流量、出口工质含气比、出口工质温度、出口工质密度的稳态特性的仿真计算,并对其变化特性进行了相应的物理解释,得出了高温燃油供给系统的稳态特性。  3、超燃冲压发动机高温燃油供给系统的动态性能分析。本文仿真并分析了主动热防护和燃料的燃烧释热非耦合时超临界、亚临界条件下调节阀、外界环境温度对系统的出口工质的质量流量、出口工质的温度动态特性;并对主动热防护和燃料的燃烧释热非耦合时调节阀的面积开度、环境温度对系统的质量流量的频域特性进行了分析,得出了其频域特性;然后把时域特性与频域特性进行了对比分析,很好的解释了环境温度变化条件下的质量流量特性;本文同时还建立了主动热防护和燃料的燃烧释热相耦合的挤压式燃油供给系统模型,进行了典型工况的调节阀面积开度、外界环境温度对系统的出口工质的质量流量、出口工质的温度动态特性研究,初步探索得出了真实发动机的高温燃油供给系统的动态特性。
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