燃料预喷注与释热对高马赫数进气道性能影响的数值研究

为掌握高马赫数条件下燃料预喷注与释热对进气道性能的影响,以来流马赫数Ma_(∞)=10为设计点进行了典型二元构型进气道设计与基准流场仿真,开展了Ma_(∞)=7~10进气道氢燃料预喷注、反应流场仿真研究。结果表明:预喷注引起局部压缩激波系变化、改变下游流动特性、从而影响进气道性能,主要会导致总压恢复系数、喉部马赫数减小;同时预喷注动作具有一定的激波系调节、压缩循环调控的作用,且与预喷注位置密切相关,外压缩喷注会诱导外部斜激波向亚额定偏移,导致流量溢流增加、流量系数减小;内压缩喷注可以避免流量溢流,对进气道性能影响相对较小,且双侧组合喷注的预混效率可达0.60以上。反应流场仿真显示,燃烧反应主要发生在近壁面区域,流向上主要释热区在内压缩段,反应释热进一步降低总压恢复系数、减小喉部马赫数,外压缩喷注时会增加流量溢流,而循环静压比、静温比均相对增大,阻力系数基本保持不变,整体上预喷注及释热影响效应具有可控性。

高马赫数超燃冲压发动机性能数值研究

考虑水平起降要求,构造了一种采用流线追踪内转式进气道、圆形截面燃烧室的双侧布局高马赫数超燃冲压发动机,设计点马赫数为7。对Ma 7~10范围内的发动机性能进行了数值模拟,给出了发动机进气道性能、整机性能,对燃烧室内的燃料掺混和燃烧情况进行了分析。此外,采用一维性能计算方法对燃烧室性能进行了预估。研究表明,此发动机性能可满足飞行器推阻匹配需求;一维性能结果与三维数值模拟的压力分布处于15%的误差范围内,可用于发动机性能的快速预估。

提高高马赫数超燃冲压发动机推力的理论方法

斜爆轰发动机和激波诱导燃烧冲压发动机在高马赫数吸气式发动机中具有重要应用前景,但是斜爆轰发动机是否具有足够大的净推力,还是一个未知的问题,因此需要对高马赫数冲压发动机的推进性能以及提高推力的方法进行理论研究.本文主要分为3部分.第1部分理论研究了超燃冲压发动机中的爆燃波和爆轰波的传播特性.保证发动机稳定燃烧是提高推力的前提.通过对爆燃波和爆轰波传播特性研究,得到了影响发动机燃烧稳定性的关键参数和物理规律.第2部分研究了发动机处于热壅塞临界状态下的燃烧规律和推力特性.在临界状态下,燃烧室入口气流速度正好等于爆轰波传播速度,二者处于平衡状态,这是发动机推进性能的理论上限.第3部分研究了提高高马赫数超燃冲压发动机推力的理论方法.对于高马赫数冲压发动机,燃烧室入口气流速度远远大于爆轰波的传播速度,这部分速度差就是提高推力的理论空间.对于马赫数Ma≥12的超燃冲压发动机,理论上燃烧产生的爆燃波或激波不会引起发动机不起动,因此可以通过进一步添加燃料和氧化剂的方法来提高其推力.理论分析结果表明,对于高马赫数超燃冲压发动机,不但燃烧流场是容易稳定的,而且可以有很多方法来进一步提高推力.