高超声速混合模块冲压发动机亚燃模块进气道的高焓风洞试验研究

对适用于轴对称混合模块发动机的亚燃模块进气道(工作马赫数范围3～6)进行了马赫6级高焓风洞试验研究,获得了进气道在不同反压下的性能参数及沿程静压分布。实验数据显示,进气道的流量系数在0.98以上,喉道截面的总压恢复系数为0.52,平均马赫数为2.68,临界状态附近进气道出口平均马赫数低达0.432,对应的总压恢复系数为0.171,反压为自由流静压的267.56倍,为亚燃室的高效、稳定燃烧及亚/超燃室的匹配工作创造了良好的条件。当进气道处于超声速通流状态时,内通道上、下壁面静压沿流向大幅波动且波峰/波谷互相交错,通道的弯曲使得上壁面静压整体比下壁面要高。与等截面管道的反压特性不同,该进气道三维弯曲扩张管道出口的平均马赫数随着反压的增加单调下降,总压恢复系数则随反压的增加先下降后缓慢增加,直至进气道喘振。另外,研究中来流总压由3.0MPa变化到5.5MPa,进气道的性能参数及内部流态无明显变化。

几何结构可调的亚燃冲压发动机性能研究

液体亚燃冲压发动机结构简单、推重比高,是高动态临近空间飞行器的最佳动力装置,临近空间飞行器的飞行速度范围宽、距离远,亟需采用几何结构可调技术来提高冲压发动机的性能。本研究对具有固定、连续可调进气道和尾喷管的冲压发动机性能进行了计算和比较。结果表明,采用连续可调喷管的冲压发动机的性能大大优于固定几何结构的冲压发动机,进气道可调带来的冲压发动机性能增加远小于喷管连续可调带来的发动机性能增加。

液体亚燃冲压发动机性能分析研究

随着巡航导弹的作战空域和飞行速度的不断增大,对液体亚燃冲压发动机的性能要求越来越高,亟待对冲压发动机性能的影响因素进行分析研究。通过对液体亚燃冲压发动机的工作过程进行详细的分析研究,编制了冲压发动机性能计算软件,利用该软件分析冲压发动机的各个关键组合件,如进气道、燃烧室、尾喷管以及燃油供应系统等各个组合件的性能对冲压发动机的推力和比冲性能影响程度的大小,以抓住影响发动机性能的主要因素,确定对发动机性能影响最直接的关键组件。计算分析结果表明,对冲压发动机性能影响最直接的因素是可调喷管的冲量效率,对冲压发动机的性能影响也是最大的。此外,涡轮的取气量、燃烧室的燃烧效率对发动机性能的影响也较大。

亚燃冲压发动机气动格栅整流效果研究

为改善进气道出口流场畸变对燃烧室性能的不良影响,开展了气动格栅设计。采用数值模拟方法,对扩压器、带气动格栅扩压器、扩压器-燃烧室和带气动格栅扩压器-燃烧室的三维流场进行了数值模拟。结果表明,进气道出口流场畸变,使扩压器出口流场均匀性变差,存在大面积的低速区和分离区;燃烧发生在火焰稳定器上游,燃烧室边区也出现大面积燃烧,导致组件容易被烧毁和组织燃烧性能变差;气动格栅能有效改善扩压器出口流场的均匀性,改善燃烧室性能。

亚燃冲压发动机燃烧室燃油浓度分布预测

基于Fluent两相反应流场计算平台,采用涡耗散概念模型,对典型亚燃冲压发动机燃烧室的两相反应流场进行三维数值模拟计算。重点研究温度场影响下的燃油气相分布,计算给出气相燃油在火焰稳定装置前后以及内部的分布,得到燃油在亚燃冲压发动机燃烧室内分布的一般规律。计算发现,稳定装置内部及近后方燃油分布较富,到达火焰峰以后,燃油浓度急剧下降。计算预测径向蒸发管后壁面与最外环蒸发管内的燃油富集,而中间环蒸发管燃油分布较贫,计算结果与燃烧试验结果一致。

亚燃冲压发动机建模及性能研究

关于冲压发动机动力性能优化建模问题,冲压发动机模型及特性与飞行高度、马赫数、攻角有关,决定发动机的性能因素。为了优化冲压发动机动力性能和控制系统设计总体规划,提出建立亚燃冲压发动机特性计算的数学模型,借助于simu-link仿真平台搭建了亚燃冲压发动机模块化的稳态仿真模型,进行不同飞行条件下的特性计算的分析,重点分析了不同进口条件对进气道正激波强度的影响。通过与GasTurb软件中模型参数比较验证了模型的正确性。仿真结果表明,模型可用于冲压发动机总体初步设计研究。

高空高速液体燃料亚燃冲压发动机动力特性研究

本文介绍了一种液体燃料亚燃冲压发动机的变比热性能计算方法,并对某型亚燃冲压发动机进行了性能计算,分析讨论了设计参数对发动机性能的影响。本文计算方法可用于液体燃料亚燃冲压发动机总体方案设计阶段的参数选择和性能分析。

冲压发动机燃烧室内低频燃烧不稳定试验

在高空亚燃冲压发动机研究中,燃烧不稳定是一个突出问题。为解决30km,Ma=4亚燃冲压发动机直连式试验中所出现的低频燃烧不稳定问题,分析了燃烧室的声学特性,得出了燃烧不稳定的主要特征是燃烧放热与一阶纵向声振模态相耦合。采取在燃烧室内增加后向台阶形成凹腔的方法,成功得到了较为稳定的燃烧。

旋流组合稳焰的宽范围亚燃冲压燃烧室性能研究

拓宽冲压发动机的稳定工作范围对于发展组合循环发动机技术意义重大。为兼顾火焰稳定和总压恢复性能,在亚燃冲压燃烧室中提出局部旋流组合稳焰方式。在燃烧室入口前加装2个总阻塞比仅为9.6%的旋流器,与突扩结构共同作为火焰稳定装置。在Ma1.5和Ma3的来流条件下,对不同的煤油喷注方式、点火位置、喉部面积和运行当量比对燃烧室特性的影响进行了实验研究。结果表明,相较于无旋流器时,旋流稳焰以1%左右的总压损失为代价,Ma1.5时使得点火边界下降了64.7%,联焰边界下降了14.8%,成功下拓了亚燃冲压燃烧室的点火和火焰稳定范围。旋流器单独供油还能使得点火当量比进一步下拓至0.13,下降幅度达到74.5%。对于点火边界来说,受煤油穿透和分布影响,单外喷优于单内喷,点火位置对单内喷的点火有一定影响,而喉部面积对点火影响不大。对于联焰边界来说,单内喷和单外喷很难实现联焰;内外都喷时,随着当量比增加,火焰实现联焰且长度明显增大。对于燃烧效率而言,单外喷燃烧效率最高,随当量比的增加燃烧效率呈下降趋势,而Ma=3时,来流总温的升高使得燃烧效率提高至η> 0.87。

亚燃或超燃冲压发动机推进的高性能导弹设计

叙述了远程高速飞行器弹体与推进系统一体化的设计方法。设计过程包括以下几个步骤 :1)制定性能准则 ;2 )改变发动机和弹体参数使性能最佳化 ;3)找出适合这些理想参数的布局。给出亚燃 /超燃冲压发动机性能的近似分析方法 ,并给出适当的弹体参数。举例说明如何把这种方法应用到超燃冲压发动机推进的高超声速 (Ma =6 )导弹的初步设计中。

液体冲压发动机燃油充填过程仿真研究

为了研究液体冲压发动机在起动期间燃油的动态充填过程,利用AMESim仿真软件对冲压发动机燃油调节控制系统进行了建模仿真。建立了空气涡轮、离心泵、燃油调节器、燃油控制器、膜片阀及充填管路的仿真模型。基于该模型对冲压发动机点火起动时的燃油充填过程进行了仿真计算,分析了不同膜片阀破裂散差情况下冲压发动机充填过程的差异。结果表明,在给定涡轮入口压力条件下,当燃烧室各供油路膜片阀破裂散差过大时,会造成破裂压差大的膜片阀所在的管路无法实现可靠充填,从而影响发动机的点火起动过程和正常工作。

基于燃料热力学性质的液冲发动机性能预示

文中针对液体亚燃冲压发动机进行了性能建模，并引入了真实燃料特性和热力计算模型，针对常用的JP-4、JP-5，JP．10，RP－1和Jet—A液体燃料开展了发动机性能对比，分析了燃料当量比以及飞行马赫数和高度对发动机性能的影响规律。研究结果表明：采用JP－4液体燃料的发动机性能比采用其它燃料的好；考虑发动机性能、热防护性能以及燃料本身的裂解和积炭特性，选取0．6～0．7的当量比较合适；无论飞行高度如何，发动机比冲在马赫数3．5附近达到最大，飞行高度增加，比冲性能也会增加。

冲压发动机转级技术研究现状与展望

冲压发动机的转级技术是各类超声速、高超声速飞行器研制所面临的一类技术难题。为了系统性地研究冲压发动机转级技术的研究现状,总结了冲压发动机在转级过程气动方案设计、进气道流动分析、转级时序设计等方面所面临的关键技术问题,综述了国内外研究进展情况,在此基础上指出了当前在超燃冲压发动机转级技术研究、转级过程数值仿真、地面试验等方面存在的不足,对后续研究工作进行了展望。

水平起降Ma4高速飞机用涡轮冲压组合发动机研制关键技术难点解析及对策研究

水平起降Ma4高速飞机是目前研究的热点,涡轮冲压组合发动机是其可行动力形式之一,但历经50多年发展,Ma3.5以上涡轮冲压组合动力目前仍然停留在地面试验阶段,为了探明限制涡轮冲压组合发动机从技术研究转入工程研制的关键因素,本文设计了一个配装两台涡轮-亚燃冲压组合发动机、最高飞行速度为Ma4左右的水平起降高速飞机模型,设定了飞行任务剖面,计算出了整个飞行过程中飞机对发动机的推力需求,并对比现有航空发动机技术能力,分析出了阻碍涡轮冲压组合发动机向工程应用迈进的三大核心要素:飞机高空高速爬升阶段发动机存在一个巨大的"推力缺口",现有发动机推重比不够高导致飞机有效载荷和航程受到极大限制,发动机长时间高Ma数飞行导致可靠性和寿命低。据此针对性提出了技术研究措施建议。

吸气式冲压发动机多点优化设计

为满足高超声速飞行器宽速域范围内发动机高性能工作要求,基于实验设计方法和代理模型,建立了吸气式冲压发动机的多点优化设计方法,获得了宽速域范围内性能均较好的发动机最优构型。以推力系数、升力系数和力矩系数为优化目标,以某型高超声速飞行器为对象,选取三个典型状态点进行了冲压发动机的多点优化设计研究,得到了最优构型方案,并将多点最优构型和传统单点最优构型在宽速域范围内的性能进行了对比分析。分析结果显示,多点优化设计方法得到的最优构型在大部分飞行状态下都具有较好的性能,即多点优化设计方法在宽速域范围内确实能够提高冲压发动机性能,证实了该方法的有效性和优势。

小偏差分析法在冲压发动机直连模拟试验中的应用

依据某给定几何尺寸亚燃冲压发动机的结构和性能参数,通过简化冲压发动机数学模型,理论推导了发动机直连试验模拟参数与推力之间的关系。针对其典型试验状态和工作特性,采用小偏差分析法计算了不同模拟参数及其组合对发动机推力和空气流量的影响结果。在此基础上,重点分析了不同模拟参数对发动机调节、高度和速度特性的影响规律,说明了模拟方法的合理性。该分析方法对固体冲压和液体冲压发动机地面直连试验性能评估具有一定指导意义。

二元超声速混压式进气道亚临界稳定裕度研究

为了研究内收缩比和来流马赫数对二元超声速混压式进气道亚临界稳定裕度的影响规律及失稳机制,采用二维非定常仿真方法研究了内收缩比(ICR)为1.04~1.25的进气道在来流马赫数Ma0为2.4的条件下,以及内收缩比为1.08的进气道在来流马赫数为2.2~2.8条件下,其由稳态向失稳状态转变的过程。研究结果表明:(1)当Ma0=2.4时,在1.04≤ICR≤1.12内,随着ICR增加,亚临界稳定裕度ζ减小;1.16≤ICR≤1.25内,随着ICR增加,亚临界稳定裕度增大。(2)在内收缩比为1.08的条件下,马赫数变化引起的分离激波角和分离包再附压升两个关键因素变化共同主宰着进气道亚临界稳定裕度的变化趋势。(3)总体上,根据稳定亚临界初始状态的三相点无量纲高度?b是否大于1可将进气道的亚临界稳定裕度变化情形分为两类,当?b<1时,ζ随着?b的增加而减小;当?b> 1时,ζ随着?b的增加而增加。

第四届冲压发动机技术交流会征文通知

从1913年法国工程师RenéLorin提出冲压发动机概念到2013年,将是整整一百年。从亚燃冲压发动机到超燃冲压发动机,从液体燃料冲压发动机到固体火箭冲压发动机以及相关的组合发动机,冲压发动机已走过了百年征程。为纪念冲压发动机问世百年,推动我国冲压发动机技术的发展,增强技术合作与交流,拟于2013年9月召开第四届冲压发动机技术交流会。此次会议由中国航天科工集团科技委主办,由中国航天科工集团三十一研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室、《推进技术》编辑部联合承办,会议主题为＂冲压发动机百年纪念＂。

关于召开第四届冲压发动机技术交流会的征文通知

从1913年法国工程师Ren e Lorin提出冲压发动机概念到2013年，将是整整一百年。从亚燃冲压发动机到超燃冲压发动机，从液体燃料冲压发动机到固体火箭冲压发动机以及相关的组合发动机，

亚燃燃烧室稳态工作过程数值研究

采用Fluent流场计算软件,对液体亚燃冲压发动机燃烧室的稳态工作过程,包括点火前的冷流场与点火后的两相反应流场进行数值模拟研究。首先,通过二维计算,对比研究两种不同阻塞比燃烧室方案的冷流损失特性与回流区特性,进行方案初选。随后,对选型后方案进行两相反应流场计算,研究燃烧室热态工作过程的温度场、燃油分布与燃烧效率的一般规律,比较并选择适合的燃油供应方案;最后,对燃烧室进行三维详细结构的建模并计算。计算结果很好地揭示了燃烧室内的流动和燃烧过程,与试验数据吻合较好。