论文部分内容阅读
连续旋转爆轰发动机因具有结构简单、热力学效率高,推力矢量可调节和推重比大等优点,在航空航天推进领域内具有广阔的应用前景,近年来受到了广泛的关注。本文通过数值模拟和实验,对H2/air连续旋转爆轰发动机内、外流场分布特性以及发动机的推进性能进行了研究,主要工作有以下几点:
(1)基于FLUENT软件,对连续旋转爆轰发动机内流场进行了三维数值模拟,对H2/air连续旋转爆轰波的起爆过程、燃烧室内流场结构以及爆轰参数分布进行了分析。
(2)开展了H2/air连续旋转爆轰机实验研究,在不同质量流量下成功实现了爆轰波稳定传播。实验研究发现,从点火到形成连续传播的爆轰波需要经历复杂的过渡阶段,保持当量比不变,随着推进剂总质量流量的增加,起爆时间先减小后增加,爆轰波的压力、平均传播频率以及传播稳定性均呈先升高后降低的趋势。
(3)对H2/air连续旋转爆轰发动机内外流场进行了三维数值模拟,获得了CRDE内外流场结构特征和旋转爆轰波相关参数的变化特性,结果表明:爆轰产物在燃烧室出口下游形成锥形高温射流核心区;羽流外围的空气受出口处斜激波的扰动,压力呈现出周期性变化;在引射作用下,出口附近羽流中心形成低压高温区域,内柱端面上产生了负的推力,降低了发动机的推进性能。
(4)通过三维数值模拟,获得了不同质量流量以及燃烧室宽度对爆轰参数、内外流场结构以及CRDE推进性能影响的变化规律。结果表明:随着推进剂质量流量的提高,爆轰波的峰值压力、平均传播速度、发动机的总推力和基于混合物的比冲均呈增大趋势;羽流场膨胀更为剧烈,而高温射流核心区的温度整体上呈下降趋势。随着燃烧室宽度的增加,内外壁面处的各流动参数的差异呈逐渐增加趋势,爆轰波的压力和传播速度、发动机的总推力以及总比冲均呈下降趋势,高温射流核心区的温度则整体上呈上升趋势。
(5)对安装直喷管、拉瓦尔喷管、扩张喷管和收缩喷管的连续旋转爆轰发动机的内外流场进行了三维数值模拟。结果表明:在入口质量流量一定的情况下,拉瓦尔喷管和收缩喷管提高了燃烧室内爆轰波的压力和传播频率,而扩张喷管对爆轰波的压力和传播频率几乎没有影响;收缩喷管和拉瓦尔喷管对发动机尾部火焰具有一定的约束作用,内柱端面上均产生了负的推力。当推进剂总质量流量从0.22kg/s增加到0.8kg/s,4种发动机的推力和比冲均呈增大趋势,安装拉瓦尔喷管的发动机具有最佳推进性能。
(1)基于FLUENT软件,对连续旋转爆轰发动机内流场进行了三维数值模拟,对H2/air连续旋转爆轰波的起爆过程、燃烧室内流场结构以及爆轰参数分布进行了分析。
(2)开展了H2/air连续旋转爆轰机实验研究,在不同质量流量下成功实现了爆轰波稳定传播。实验研究发现,从点火到形成连续传播的爆轰波需要经历复杂的过渡阶段,保持当量比不变,随着推进剂总质量流量的增加,起爆时间先减小后增加,爆轰波的压力、平均传播频率以及传播稳定性均呈先升高后降低的趋势。
(3)对H2/air连续旋转爆轰发动机内外流场进行了三维数值模拟,获得了CRDE内外流场结构特征和旋转爆轰波相关参数的变化特性,结果表明:爆轰产物在燃烧室出口下游形成锥形高温射流核心区;羽流外围的空气受出口处斜激波的扰动,压力呈现出周期性变化;在引射作用下,出口附近羽流中心形成低压高温区域,内柱端面上产生了负的推力,降低了发动机的推进性能。
(4)通过三维数值模拟,获得了不同质量流量以及燃烧室宽度对爆轰参数、内外流场结构以及CRDE推进性能影响的变化规律。结果表明:随着推进剂质量流量的提高,爆轰波的峰值压力、平均传播速度、发动机的总推力和基于混合物的比冲均呈增大趋势;羽流场膨胀更为剧烈,而高温射流核心区的温度整体上呈下降趋势。随着燃烧室宽度的增加,内外壁面处的各流动参数的差异呈逐渐增加趋势,爆轰波的压力和传播速度、发动机的总推力以及总比冲均呈下降趋势,高温射流核心区的温度则整体上呈上升趋势。
(5)对安装直喷管、拉瓦尔喷管、扩张喷管和收缩喷管的连续旋转爆轰发动机的内外流场进行了三维数值模拟。结果表明:在入口质量流量一定的情况下,拉瓦尔喷管和收缩喷管提高了燃烧室内爆轰波的压力和传播频率,而扩张喷管对爆轰波的压力和传播频率几乎没有影响;收缩喷管和拉瓦尔喷管对发动机尾部火焰具有一定的约束作用,内柱端面上均产生了负的推力。当推进剂总质量流量从0.22kg/s增加到0.8kg/s,4种发动机的推力和比冲均呈增大趋势,安装拉瓦尔喷管的发动机具有最佳推进性能。