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环形燃烧室中圆台斜爆震燃烧特性研究 被引量:1
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作者 张义宁 金虹 +2 位作者 涂胜甲 周林 滕宏辉 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期119-129,共11页
面向宽域爆震组合动力发展需求,首次提出适用于轴对称环形流道的圆台诱导斜爆震燃烧组织形式,通过数值模拟验证较低马赫数飞行工况下圆台诱导驻定斜爆震燃烧的可行性以及与斜劈、圆锥斜爆震燃烧的差异,从几何与来流参数两方面研究了圆... 面向宽域爆震组合动力发展需求,首次提出适用于轴对称环形流道的圆台诱导斜爆震燃烧组织形式,通过数值模拟验证较低马赫数飞行工况下圆台诱导驻定斜爆震燃烧的可行性以及与斜劈、圆锥斜爆震燃烧的差异,从几何与来流参数两方面研究了圆台诱导斜爆震波的起爆与驻定特性。结果表明:在Ma7飞行工况,相比于圆锥和斜劈,环形燃烧室中圆台可以同时实现斜爆震波的加速起爆与稳定驻定。圆台上游的压缩作用以及下游的膨胀作用,使得圆台斜爆震波存在脱体而不前传的特殊起爆区结构。圆台内径、圆台角度、来流压缩程度以及当量比增大均有利于圆台诱导斜爆震波的起爆。同时,起爆区结构也会出现从渐变到突变再到稳定脱体的变化规律,相应的起爆距离逐渐缩短,爆震波角度逐渐增大。 展开更多
关键词 环形燃烧室 圆台 斜爆震燃烧 波系结构 组合动力
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高速弹丸诱导斜爆轰激波结构实验研究 被引量:3
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作者 尚甲豪 胡国暾 +5 位作者 汪球 王业军 张坤 项高翔 赵伟 魏炳忱 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期309-317,共9页
斜爆轰推进系统在高超声速推进领域具有广阔的应用前景,其释热迅速、比冲高、燃烧室结构简单的优点吸引研究人员的持续关注.然而,斜爆轰的地面试验同时涉及到高速试验环境模拟、燃料与氧化剂混合、高温燃烧流场结构测量等技术难点,当前... 斜爆轰推进系统在高超声速推进领域具有广阔的应用前景,其释热迅速、比冲高、燃烧室结构简单的优点吸引研究人员的持续关注.然而,斜爆轰的地面试验同时涉及到高速试验环境模拟、燃料与氧化剂混合、高温燃烧流场结构测量等技术难点,当前国内外系统的试验研究仍然十分有限,难以支撑斜爆轰发动机的研制.为了研究自持传播的斜爆轰激波结构与波面流动特性,基于爆轰驱动二级轻气炮开展了高速弹丸诱导斜爆轰实验研究,使用直径30 mm球头圆柱形弹丸发射进入充满氢/氧可燃混合气体的实验舱中以起爆斜爆轰波,并采用两种阴影技术对实验流动结构进行测量.实验中在不同速度、不同充气压力下观察到三种弹丸诱导激波结构,即激波诱导燃烧、弹丸起爆爆轰波和相对弹丸驻定的斜爆轰波,实验舱充气压力下降则会造成爆轰横波尺度增加与波面流动失稳.实验中,斜爆轰激波角与理论分析结果吻合较好,弹丸气动不稳定带来较大的弹丸攻角会对激波角测量带来一定偏差.通过对斜爆轰波波面法向传播速度的测量发现,随着远离弹丸,斜爆轰传播速度由弹丸飞行速度衰减至接近实验气体CJ速度,弹丸速度的降低会加速斜爆轰波传播速度的衰减. 展开更多
关键词 斜爆轰 超声速燃烧 激波诱导燃烧 斜爆轰波 二级轻气炮
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高超声速飞行器动力系统研究进展 被引量:62
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作者 王振国 梁剑寒 +3 位作者 丁猛 范晓樯 吴继平 林志勇 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2009年第6期716-739,共24页
简要介绍了高超声速飞行器动力系统的概况.第2部分介绍了超燃冲压发动机、爆震发动机和组合循环发动机等典型高超声速吸气式发动机的基本工作原理与系统组成,描述了各自的特点.第3部分阐述了高超声速飞行器动力系统存在的难点问题,并列... 简要介绍了高超声速飞行器动力系统的概况.第2部分介绍了超燃冲压发动机、爆震发动机和组合循环发动机等典型高超声速吸气式发动机的基本工作原理与系统组成,描述了各自的特点.第3部分阐述了高超声速飞行器动力系统存在的难点问题,并列出了在总体设计、进气道、燃烧室、尾喷管、热防护、轻质结构、燃油供应与控制等方面的关键技术.第4部分回顾了上述几种典型发动机的发展历程,比较全面地介绍了世界主要航空、航天大国在动力系统关键技术攻关与系统研制方面的主要研究计划和取得的主要进展,总结了经验教训,指出了发展趋势.第5部分阐述了高超声速飞行器动力系统中的燃烧过程及其燃烧基本问题,介绍了主要研究进展. 展开更多
关键词 高超声速飞行器 超燃冲压发动机 爆震发动机 组合循环发动机 超声速燃烧 爆震燃烧
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高超声速发动机不同燃烧模式的性能比较──斜爆轰发动机性能评价 被引量:9
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作者 袁生学 黄志澄 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1995年第1期48-56,共9页
本文采用热力学分析方法,从熵和的概念出发,论证了理想情况下爆轰发动机的有效性,并定量比较了在同样入口压缩条件下,采用爆轰、等压、等M数等三种燃烧模式的发动机的性能,证明C─J斜爆轰是最佳超声速燃烧模式。
关键词 斜爆轰波 超声速燃烧 航空发动机 热力循环
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自持斜爆轰的特性和实验观察 被引量:6
5
作者 袁生学 黄志澄 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 1995年第2期90-92,共3页
本文指出了自持斜轰是最佳超声速燃烧模式,提出了自持斜爆轰形成后波角与波后物体形状无关的论点,并介绍了进行驻定斜爆轰实验观察的有关问题。
关键词 航空发动机 斜爆轰波 超声速燃烧 吸气发动机
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超声速气流中的爆震推进理论与研究进展 被引量:3
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作者 张少杰 蔡晓东 +1 位作者 陈伟强 苗世坤 《气体物理》 2018年第2期27-38,共12页
爆震燃烧近似为等容燃烧,理论上其热循环效率高于基于等压燃烧的爆燃燃烧,在超声速推进系统中具有潜在的应用价值.通过总结超声速气流中的爆震推进理论与研究进展,分析其需要解决的关键科学与技术问题,指导未来高超声速发动机的基础研究... 爆震燃烧近似为等容燃烧,理论上其热循环效率高于基于等压燃烧的爆燃燃烧,在超声速推进系统中具有潜在的应用价值.通过总结超声速气流中的爆震推进理论与研究进展,分析其需要解决的关键科学与技术问题,指导未来高超声速发动机的基础研究.文章重点总结了适用于高超声速飞行的斜爆震发动机、超声速脉冲爆震冲压发动机的基础研究进展.其中对斜爆震发动机的应用模式、相关实验研究思路及方法、数值仿真现状进行了总结分析.对超声速脉冲爆震冲压发动机的基础理论研究现状和目前研究的难点进行了梳理.基于爆震燃烧的超燃冲压发动机具有推进系统自增压、燃烧效率高、推力性能好、推进效率高、燃烧室长度短、结构重量轻等优势,文章总结了该发动机当前的发展进程和最新的研究进展,并对其未来的发展方向以及存在的技术问题进行了分析. 展开更多
关键词 爆震燃烧 斜爆震发动机 超声速脉冲爆震发动机 基于爆震燃烧的超燃冲压发动机 发动机研究进展
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斜爆轰发动机燃烧机理试验研究 被引量:8
7
作者 张子健 韩信 +4 位作者 马凯夫 张文硕 刘云峰 苑朝凯 姜宗林 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期786-794,共9页
为了研究斜爆轰发动机的稳定燃烧机理,开展了飞行马赫数9的斜爆轰发动机的数值模拟研究和试验研究。设计了全尺度斜爆轰发动机模型,发动机的总长度为2.8m。采用两级进气道压缩,每级压缩角度均为15°。利用三个小支板在进气道前缘主... 为了研究斜爆轰发动机的稳定燃烧机理,开展了飞行马赫数9的斜爆轰发动机的数值模拟研究和试验研究。设计了全尺度斜爆轰发动机模型,发动机的总长度为2.8m。采用两级进气道压缩,每级压缩角度均为15°。利用三个小支板在进气道前缘主流核心区中进行氢气的喷射和混合。采用带化学反应的雷诺平均N-S方程、SST k-ω模型以及9组分19步反应的基元反应模型,对氢气混合过程和发动机燃烧过程进行了数值模拟研究。结果表明,氢气在进气道内混合得比较均匀,在燃烧室内获得了稳定的斜爆轰流场和正爆轰流场。在激波风洞中开展了马赫数9状态下的斜爆轰发动机稳定燃烧机理试验研究,在50ms的风洞有效试验时间内获得了持续稳定的斜爆轰流场,试验结果与数值模拟结果吻合较好,表明在试验中形成了斜爆轰波。研究结果证明了斜爆轰发动机的技术可行性。 展开更多
关键词 斜爆轰发动机 超声速燃烧 激波诱导燃烧 斜爆轰波 斜激波
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斜爆轰发动机的推力性能理论分析 被引量:10
8
作者 杨鹏飞 张子健 +2 位作者 杨瑞鑫 滕宏辉 姜宗林 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2853-2864,共12页
爆轰燃烧具有释热快、循环热效率高的特点.斜爆轰发动机利用斜爆轰波进行燃烧组织,在高超声速吸气式推进系统中具有重要地位.以往研究主要关注斜爆轰波的起爆、驻定以及波系结构等,缺少从整体层面出发对斜爆轰发动机开展推力性能分析.... 爆轰燃烧具有释热快、循环热效率高的特点.斜爆轰发动机利用斜爆轰波进行燃烧组织,在高超声速吸气式推进系统中具有重要地位.以往研究主要关注斜爆轰波的起爆、驻定以及波系结构等,缺少从整体层面出发对斜爆轰发动机开展推力性能分析.本文将斜爆轰发动机内的流动和燃烧过程分解成进气压缩、燃料掺混、燃烧释热和排气膨胀4个基本模块并分别进行理论求解,建立了斜爆轰发动机推力性能的理论分析模型.在斜爆轰波系研究成果的基础上,选取了过驱动斜爆轰、Chapman-Jouguet斜爆轰、过驱动正爆轰和斜激波诱导等容燃烧等4种燃烧模式来描述燃烧室内的燃烧释热过程,并对比分析了不同燃烧模式对发动机比冲性能的影响.此外,还获得了不同来流参数、燃烧室参数和进排气参数等对发动机推力的影响规律,发现来流马赫数和尾喷管的膨胀面积比是发动机理论燃料比冲的主要影响因素.最后,结合以往关于受限空间内斜爆轰波驻定特性等方面的研究成果,提出了斜爆轰发动机燃烧室的设计方向. 展开更多
关键词 斜爆轰波 发动机 推力性能 燃烧模式
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斜爆轰发动机流动机理分析 被引量:6
9
作者 马凯夫 张子健 +1 位作者 刘云峰 姜宗林 《气体物理》 2019年第3期1-10,共10页
为了研究高Mach数超燃冲压发动机和斜爆轰发动机的内流场燃烧流动机理,首先用CJ爆轰理论对超燃冲压发动机的内流场特性进行了理论分析,给出了燃烧室流场的气动规律,理论分析结果与现有实验结果吻合得非常好.其次,根据理论分析结果,提出... 为了研究高Mach数超燃冲压发动机和斜爆轰发动机的内流场燃烧流动机理,首先用CJ爆轰理论对超燃冲压发动机的内流场特性进行了理论分析,给出了燃烧室流场的气动规律,理论分析结果与现有实验结果吻合得非常好.其次,根据理论分析结果,提出了高Mach数超燃冲压发动机和斜爆轰发动机的气动设计原则.最后,根据提出的气动设计原则,设计了高Mach数斜爆轰发动机,飞行Mach数为9,对斜激波诱导燃烧机理开展了二维数值模拟研究.数值模拟结果表明,在高Mach数下,斜爆轰发动机燃烧室内可以得到稳定的燃烧流场. 展开更多
关键词 斜爆轰发动机 超燃冲压发动机 超声速燃烧 爆轰波 激波诱导燃烧
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提高高马赫数超燃冲压发动机推力的理论方法 被引量:6
10
作者 韩信 刘云峰 +2 位作者 张子健 张文硕 马凯夫 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期633-643,共11页
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... 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. 展开更多
关键词 高马赫数超燃冲压发动机 斜爆轰发动机 激波诱导燃烧冲压发动机 超声速燃烧 提高推力的方法
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超燃冲压发动机推进性能理论分析 被引量:4
11
作者 沈欢 张子健 +1 位作者 刘云峰 姜宗林 《气体物理》 2018年第1期12-19,共8页
超燃冲压发动机的正推力问题和超声速燃烧的稳定性问题是制约超燃冲压发动机发展的两个关键气动物理问题.虽然经过50多年的研究,但是目前国内外对这两个关键问题的机理还没有研究清楚.文章首次将CJ爆轰理论应用于超燃冲压发动机推进性... 超燃冲压发动机的正推力问题和超声速燃烧的稳定性问题是制约超燃冲压发动机发展的两个关键气动物理问题.虽然经过50多年的研究,但是目前国内外对这两个关键问题的机理还没有研究清楚.文章首次将CJ爆轰理论应用于超燃冲压发动机推进性能分析,给出了这两个关键气动问题的理论分析结果.分析结果表明,燃烧室入口空气静温对发动机的推进性能产生重要影响.当爆轰波的爆速大于隔离段内空气来流的速度时,会向隔离段上游传播,导致发动机不起动.飞行Mach数Ma=6~8是超燃发动机的临界不稳定范围,飞行Mach数Ma>9,超声速燃烧将变得稳定. 展开更多
关键词 高超声速吸气式推进技术 超燃冲压发动机 CJ爆轰波 超声速燃烧 热壅塞
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Criteria for hypersonic airbreathing propulsion and its experimental verification 被引量:15
12
作者 Zonglin JIANG Zijian ZHANG +2 位作者 Yunfeng LIU Chun WANG Changtong LUO 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第3期94-104,共11页
Hypersonic airbreathing propulsion is one of the top techniques for future aerospace flight, but there are still no practical engines after seventy years’ development. Two critical issues are identified to be the bar... Hypersonic airbreathing propulsion is one of the top techniques for future aerospace flight, but there are still no practical engines after seventy years’ development. Two critical issues are identified to be the barriers for the ramjet-based engine that has been taken as the most potential concept of the hypersonic propulsion for decades. One issue is the upstream-traveling shock wave that develops from spontaneous waves resulting from continuous heat releases in combustors and can induce unsteady combustion that may lead to engine surging during scramjet engine operation.The other is the scramjet combustion mode that cannot satisfy thrust needs of hypersonic vehicles since its thermos-efficiency decreases as the flight Mach number increases. The two criteria are proposed for the ramjet-based hypersonic propulsion to identify combustion modes and avoid thermal choking. A standing oblique detonation ramjet(Sodramjet) engine concept is proposed based on the criteria by replacing diffusive combustion with an oblique detonation that is a unique pressure-gain phenomenon in nature. The Sodramjet engine model is developed with several flow control techniques, and tested successfully with the hypersonic flight-duplicated shock tunnel.The experimental data show that the Sodramjet engine model works steadily, and an oblique detonation can be made stationary in the engine combustor and is controllable. This research demonstrates the Sodramjet engine is a promising concept and can be operated stably with high thermal efficiency at hypersonic flow conditions. 展开更多
关键词 Concept demonstration Hypersonic propulsion oblique detonation engine SCRAMJET Shock wave supersonic combustion Wind tunnel test
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基于煤油燃料的斜爆轰发动机性能数值模拟 被引量:2
13
作者 杜鹏 薛瑞 +2 位作者 王晨 张云天 徐朝启 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2349-2359,共11页
针对马赫数为8以上高超声速飞行器的应用问题,采用11组分-10反应步的煤油/空气化学反应动力学模型,对不同来流及燃料喷注条件下的斜爆轰模型发动机进行数值研究,获得其对燃烧室内起爆驻定、爆轰波波面结构及推进性能的影响规律。研究结... 针对马赫数为8以上高超声速飞行器的应用问题,采用11组分-10反应步的煤油/空气化学反应动力学模型,对不同来流及燃料喷注条件下的斜爆轰模型发动机进行数值研究,获得其对燃烧室内起爆驻定、爆轰波波面结构及推进性能的影响规律。研究结果表明:燃烧室入口马赫数为4.3时,超声速来流与壁面边界层作用加速了点火起爆过程,爆轰波在短时间内驻定。随着来流速度增大,爆轰波驻定位置更靠近燃烧室下游,爆轰波与边界层相互作用产生分离泡导致斜爆轰发动机推力显著降低。燃料当量比的变化直接影响爆轰波波面结构,减小当量比使得斜爆轰波稳定性降低,光滑的波面转变为“锯齿”状结构,具有该结构的爆轰波流场会显著降低发动机推进性能。 展开更多
关键词 斜爆轰发动机 煤油 爆轰波 起爆 超声速燃烧
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