旋转爆震发动机喷管非定常流动特性的数值模拟研究

为分析旋转爆震喷管内非定常流动特性,基于特征线方法和旋转爆震燃烧室出口时均参数设计了一种塞式喷管模型,通过改变塞锥式喷管的进出口压比π(π=15,30,45),分析了喷管内非定常流场结构与喷管工作性能之间的相互关系,并探究了喷管进出口压比变化对喷管工作性能的影响。研究结果表明:旋转爆震燃烧室下游斜激波进入喷管后,在喷管内形成一道绕喷管壁面螺旋分布的激波,激波结构主要由波前气流角和激波前气流速度决定;爆震喷管局部工作状态依据相对螺旋激波位置分别存在自由膨胀状态、欠膨胀状态、欠膨胀与过膨胀过渡状态以及过膨胀状态四种情况,并随着激波的传播不断增强,在第四种工作状态达到最大(喷管处于过膨胀状态),且喷管在第二到第四种工作状态内工作性能变差;在低压比(π=15)工作条件下喷管性能优于高压比(π=30)工作条件下喷管性能,其最佳推力和燃料比冲分别为992.05N和1769.52s,因而旋转爆震喷管设计应选择较高的进出口压比作为设计点,使旋转爆震喷管更多的工作在低压比工作状态,以提高旋转爆震喷管工作效率。

喷注方式和骨架结构对骨架增强石蜡燃料燃烧影响的数值分析

针对聚合物骨架镶嵌石蜡固体燃料在固-液混合火箭发动机中的燃烧问题,开展螺旋型和六角型骨架增强石蜡燃料在直/旋流喷注固-气掺混燃烧器中的燃烧试验,利用CFD软件对燃烧过程进行数值仿真研究。对四种工况燃烧过程进行比较,分析骨架结构和喷注方式对燃烧室内燃烧的影响。结果表明:骨架材料和石蜡基燃料退移速率差异较大,随着燃烧进行骨架结构逐渐凸显。湍流强度和燃料质量流量共同影响燃烧室温度,燃烧室温度随着燃烧进行呈波动下降趋势。旋流喷注工况的燃烧室温度高于直流喷注工况,燃烧室头部存在高温区,轴向温度分布较直流喷注更加均匀,而直流喷注中燃烧室中段存在温度激增。在直流喷注条件下,相较于六角型骨架,螺旋型骨架更能提高燃烧室湍流强度。在旋流喷注条件下,氧化剂旋流强度对湍流强度提升起主导作用,骨架结构影响较小。