带有悬臂预喷注结构的压缩斜楔流场特性研究

为给前体带有悬臂预喷注结构的吸气式高超声速飞行器进气道设计提供参考,本文设计了一种带有悬臂预喷注结构的压缩斜楔模型,采用数值仿真方法研究了该结构喷注前后的流场特性,并分析了悬臂截面形状变化以及悬臂外径变化对该流场的影响。结果表明:在楔面上设置悬臂预喷注结构,其产生的诱导激波会增加楔面激波的强度和激波角,并在悬臂下游产生一定范围的低总压区域,喷注后在悬臂喷注结构下游可获得面积较大、距壁面一定距离且氢气与空气分布较均匀的掺混区域。不同悬臂截面形状对楔面激波的影响较小,使用方形截面的悬臂结构会增加悬臂下游低总压区域的范围,但氢气与主流的掺混性能有显著提高。增加悬臂外径会使悬臂诱导激波对楔面激波的影响增加,悬臂后方低总压区域的范围增大,但在本文研究范围内对氢气与主流的掺混性能影响较小。因此,在前体带有预喷注结构的进气道设计过程,可根据要求选择合适的悬臂截面形状,而在使用圆形截面悬臂时尽可能选择较小的悬臂半径。

三维尺寸对悬臂斜坡喷注器混合效率影响数值研究

为分析悬臂斜坡构型对超燃燃烧室内燃料的掺混效果以及射流的穿透深度改进效果的影响,采用数值方法对不同三维尺寸的悬臂斜坡喷注器的流场情况进行模拟研究。结果表明:斜坡压缩角增大对流场的掺混效果影响不大但可以增加射流穿透深度,同时也带来更大的总压损失;后掠角度的增加可增强掺混,但也造成总压损失的增加和穿透深度的减小;悬臂宽度在一定范围内适当减小可有效增加近场的穿透深度以及远场的掺混效率,减小总压损失。

超燃燃烧室悬臂斜坡喷注器/凹腔组合结构研究

超燃燃烧室中燃料的掺混强化问题备受关注,为了优化悬臂斜坡喷注器/凹腔组合结构在超燃燃烧室中的流场特性,运用数值模拟方法对悬臂斜坡喷注器/凹腔组合结构的冷、热流场进行研究,对比分析有无凹腔结构、悬臂斜坡喷注器/凹腔不同位置组合对流场特性的影响。结果表明:随着组合位置距离的增大,凹腔的稳定燃烧作用变强,但不同的组合位置会带来燃烧室不同的燃料掺混效果和燃烧特性;综合考虑,组合距离h=30mm虽然总压损失较大,但却拥有更强的燃料掺混效果和更大的燃烧效率收益,流场特性最优。

构型参数对悬臂斜坡喷注器混合性能的影响

为探索高马赫数下激波诱燃冲压发动机前体/进气道喷注器构型参数对燃料/空气混合的特性的影响,运用隐式RANS仿真,对不同构型的悬臂斜坡喷注器进行了三维数值模拟并进行了对比研究。结果表明,15°压缩角构型最终的混合效率比基准构型高9%且有较大的燃料穿透度,同时会付出30%的总压损失代价;15°压缩角构型的总压损失是10°压缩角构型的两倍;0°膨胀角构型的混合效率始终高出基准构型11%,但有较大的总压损失;后掠构型与基准构型相比混合效率,燃料穿透度基本不变,负的后掠角总压损失最小;三种不同喷注间距的喷注器总压损失大小基本相同,近流场的混合效率相差不大,混合终了阶段,20mm喷注间距喷注器的混合效率达到了较高水平;50~150mm是燃料/空气掺混剧烈发生的区域。

悬臂斜坡喷注器流场结构与混合特性

为了探索高马赫数下激波诱燃冲压发动机前体/进气道燃料/空气混合的精细流场结构和混合增强机理,采用隐式方法,对悬臂斜坡喷注器进行了三维RANS仿真,得到了喷注器流场的精细结构。仿真结果表明,由于斜坡的作用,流场中产生了激波、膨胀波、流向旋涡等现象。气流经过斜坡时产生了斜激波,并在斜坡边缘处发生膨胀;斜坡侧壁附近在压差的作用下产生了流向旋涡,流向涡在向下游发展过程中卷吸空气,从而增强了混合,但斜坡的存在加大了流场的总压损失。

超燃燃烧室悬臂斜坡/凹腔组合结构研究

为进一步了解超燃冲压发动机的内流特性,优化燃烧室流场,文中运用数值模拟方法对比分析了燃烧室中悬臂斜坡/凹腔不同组合形式对流场掺混特性、稳焰能力以及燃烧效率的影响。研究发现:纵向悬臂斜坡/凹腔组合结构中凹腔后缘的展向涡比横向组合大,且凹腔内温度也更高,稳焰能力更强;纵向组合高湍动能区域更大,掺混效果更优;两种组合造成的燃烧室总压损失差别不大,但纵向组合燃烧效率更高。