乙烯富燃燃气/富氧空气旋转爆轰自起爆现象研究

对高温乙烯富燃燃气与富氧空气进行旋转爆轰自起爆过程进行了实验研究。实验抛弃了传统的预爆轰管起爆方式,高温乙烯富燃燃气经过喷注与外壁面碰撞产生局部“热点”,点燃混合气体形成爆燃状态。在壁面摩擦作用以及燃烧室头部激波反射的综合作用下,爆燃火焰最终会通过爆燃转爆轰过程转变为爆燃/爆轰混合模态,生成稳定传播的旋转爆轰波。当量比会对自起爆成功率造成影响。富氧空气含氧量在40%时,当量比0.52~1.84内发动机均可成功起爆。随着富氧空气含氧量的提升,旋转爆轰波模态分别经历双波对撞、单波以及爆燃/爆轰混合模态。富氧空气含氧量变大会使得爆轰波传播速度增大,富氧空气含氧量为47.4%时获得最大爆轰波传播速度1 790.6 m/s。

等离子体助燃含硼富燃燃气燃烧实验研究

等离子体能够有效地改善燃料的燃烧速率,缩短点火时间,改变火焰稳定性,被认为是最高效的辅助点火方法。为了验证等离子体对含硼富燃燃气燃烧的增强特性,利用一套带透明窗的燃烧实验装置开展了多次实验研究。实验结果表明,在补燃室环境中加入等离子体可使富燃燃气点火位置靠前,燃烧火焰面变大,高温反应区前移,从而改善了硼粒子的燃烧环境;通过计算对比有/无等离子工况下的补燃室二次燃烧效率,表明加入等离子后可使得补燃室二次燃烧效率提高5%以上,且随着放电功率的增加,等离子体助燃效果也显著增加,补燃室中增加的燃烧热与等离子体放电功率比值大约在7左右。

气氧/煤油富燃燃气发生器积碳特性试验研究

开展了气氧/煤油富燃燃气发生器在混合比0.25~0.50、室压1.0~4.0 MPa范围内的燃烧试验,获得了混合比和室压对发生器碳烟生成及沉积特性的影响规律。试验表明,在本研究范围内,富燃燃气发生器内的燃烧未达到化学平衡状态。当混合比小于0.4时,积碳量随混合比的增大略有增加,但均不明显;当混合比大于0.4时,积碳量显著增加。在室压1.0~4.0 MPa范围内,室压对碳烟的生成具有重要影响,并存在一个介于1.0~2.0 MPa之间的临界压力,当室压低于此临界压力时,燃烧过程中无碳烟生成。

气氧/煤油富燃燃气发生器燃烧试验研究

为了研究航天煤油的富燃燃烧特性,设计了一个气氧/煤油富燃燃气发生器,并进行了室压范围1~4MPa、混合比范围0.25~0.52的燃烧试验,获得了混合比和室压对特征速度、燃气温度及燃烧效率的影响规律。试验结果表明,采用火花塞点火方式可以实现该燃气发生器在高度富燃条件下的可靠点火;在本文研究范围内,试验测得的特征速度和燃气温度明显低于化学平衡理论预测值,燃烧效率介于63.9%~88.3%之间。混合比是特征速度、燃气温度及燃烧效率的最大影响因素,室压的影响远小于混合比。燃烧效率与实际燃气温度与理论燃气温度比值的平方根成正比。

富燃燃气热物性对气膜冷却特性影响数值研究

为明晰富燃燃气物性变化对气膜冷却的影响规律,本文分别构建了不同热导率的定物性模型和考虑化学平衡的变物性模型,通过数值求解定常RANS方程,获取了定压比热和热导率变化对温度和热负荷分布的影响效应。结果表明:相比于定物性模型,变物性下富燃燃气与冷气的掺混导致混合气比热和热导率降低,近壁区域平均温度最大增加2.557%、热流最大降低24.995%;混合气物性变化引起近壁区剪切应变率降低,冷气与主流剪切形成肾型涡强度减小,冷气耗散变慢,气膜覆盖性变好。

采用不同气相燃烧模型模拟含硼燃气扩散燃烧过程

为解决固冲发动机补燃室中含硼富燃燃气湍流扩散燃烧模型选择问题,以设计的平行进气燃烧装置为物理模型,以King点火模型与L-W燃烧模型为硼粒子点火和燃烧模型,湍流燃烧分别采用有限速率/涡耗散模型、涡耗散模型、有限速率模型,采用数值模拟方法对其燃烧过程进行数值模拟,获得了理想的含硼燃气湍流扩散燃烧的火焰结构、流场规律,得到不同燃烧模型下的燃烧特性。不同湍流燃烧机理对气相燃烧过程和颗粒相燃烧过程存在影响不同。不同影响的内在机理说明,燃烧模型模拟不同过程时存在能力差异。对于气相反应的模拟,涡耗散模型最剧烈,有限速率/涡耗散模型次之,有限速率模型最缓慢;对于硼粒子点火反应,有限速率/涡耗散模型最剧烈,有限速率模型次之,涡耗散模型最缓慢;对于硼粒子燃烧反应,涡耗散模型最快,有限速率模型次之,有限速率/涡耗散模型最缓慢。

固体推进剂空气涡轮火箭发动机的非设计点性能研究

为了简化控制系统和节流装置,采用涡轮进口富燃燃气流量为常数的调节计划,建立了固体推进剂空气涡轮火箭发动机(SPATR)的非设计点计算数学模型。分析了不同设计点涡轮进口富燃燃气流量对SPATR性能的影响,确立了设计点富燃燃气流量选择的方法。计算了SPATR的非设计点性能。结果表明,所建数学模型合理、可行,能满足SPATR在不同高度和速度下飞行任务的需要。

空气涡轮火箭发动机的性能研究

文中进行了ATR（air-turbo-rocket）发动机总体性能研究，以验证其作为近空间飞行器动力系统的可行性。根据ATR的结构特点，建立了发动机性能和特性分析数学模型．编制了计算程序，在设计点计算和分析了燃料／空气比对ATR性能的影响。计算了非设计点性能．对比了不同推进剂的非设计点性能。计算结果表明ATR能够在宽的速度（0-4Ma）、高度（0-11km）范围内工作，单位推力可以达到1200N·s／kg，比冲达到7000N·s／kg。这一结果表明ATR发动机适合作为近空间飞行器的动力系统。

固体火箭超燃冲压发动机燃烧技术研究进展

固体火箭超燃冲压发动机具有燃气流量调节方便、火焰稳定性好、掺混燃烧效率高等优势,有望成为未来高超声速导弹的优选动力装置,具有重要的军事应用价值。本文从固体火箭超燃冲压发动机燃烧技术角度综述了发动机燃烧组织技术的研究进展,包括含硼贫氧固体推进剂燃烧研究、富燃燃气喷注技术研究和燃烧室燃烧增强技术研究。介绍了固体火箭超燃冲压发动机燃烧过程中的基础科学问题研究进展,包括超声速气流中气固两相输运特性和硼颗粒点火燃烧特性研究进展。最后,对固体火箭超燃冲压发动机燃烧技术进行了总结并对其未来发展方向进行了展望。