基于带源项非结构网格CE/SE方法的PDRE爆轰排气流场中尾喷管特性研究

为了研究非定常两相脉冲爆轰发动机爆轰和排气流场中尾喷管的特性,推导了带源项非结构三角形网格求解元守恒元数值方法(CE/SE方法)的计算格式,应用该方法数值研究了满填充工况下带不同结构尾喷管火箭式脉冲爆轰发动机的内外流场和爆轰推进性能。研究表明:该非结构网格CE/SE方法可有效捕捉变截面管中强间断和复杂波系结构。各类喷管中,含收敛段喷管排气时间增长,气流在收敛段喉部发生壅塞;含扩张段喷管内出现斜激波过膨胀现象。当环境压力为0.1 MPa、填充率为1时,单次爆轰模式下带不同类型喷管的汽油/空气两相脉冲爆轰发动机的推进性能:除40°角扩张喷管外,其他各类喷管在爆轰和排气进程中均能提高发动机的冲量。     

固体火箭发动机尾流对发射车影响的数值研究

采用二维雷诺平均方程和k-ε湍流模型对固体火箭发动机尾流场进行数值模拟。空间上采用二阶迎风格式进行耦合求解,时间上采用显式Runge-Kutta方法进行迭代推进,直至流场收敛。借助数值模拟技术对处于地面发射状态下的固体火箭发动机尾流问题进行研究。研究涉及发动机内外流场相互干扰、热喷流和冷空气的相互作用以及高温高速尾喷流对发射车车顶板和防护板的影响。     

供气含氧量对脉冲爆轰发动机性能影响的实验研究

为研究氧化剂中含氧量对脉冲爆轰发动机性能的影响,对采用不同含氧量的压缩气体作为氧化剂的火箭式脉冲爆轰发动机进行了实验研究.实验结果表明,压缩气体中舍氧量变化对爆轰波压力有较大影响,在压缩气体中适当提高氧气含量,能显著促进爆轰的转变;爆轰波峰值压力随着舍氧量的提高而增大,并能在爆轰管中形成稳定的爆轰.采用氧气和氮气混合气...     

无阀式汽油/空气两相脉冲爆轰发动机试验研究

设计加工了直径为80 mm的无阀式汽油/空气两相脉冲爆轰发动机,在试车台内开展了10～20 Hz工作频率及0.14～0.16 MPa进气压力工况条件下的试验,研究了脉冲爆轰发动机内燃烧转爆轰过程.通过分析动态压力传感器上采集得到的信号,给出了点火开始至爆轰波形成时间在不同工况下的变化情况.结果表明,脉冲爆轰发动机可以在10～20 Hz工作频率下稳定工作;增大进气压力与提高爆轰发动机工作频率,有助于燃烧转爆轰的形成.研究结果为脉冲爆轰发动机燃烧转爆轰机理以及设计运行提供了参考.     

脉冲发动机中软质隔层工作过程研究

为了研究双脉冲发动机中软质隔层的工作过程,建立了隔层的结构仿真模型,数值模拟了隔层的承压及打开过程,得到其应力应变场分布。当隔层承受来自I脉冲10 MPa内压作用时,隔层及药柱的最大主应力及应变都在安全范围内,从而证明了该结构承压可靠性;利用扩展有限元XFEM技术模拟了隔层的破坏过程,隔层在II脉冲1.3 MPa内压下打开,且打开形式可靠。对比试验结果一致性较好,说明隔层各项指标满足设计要求,可以应用于实际的脉冲发动机之中。之后,建立了隔层式双脉冲发动机的内流场仿真模型,分不同时刻模拟了双脉冲发动机的内流场特点:随隔层开口尺寸增加,开口处气相射流速度减小,回流强度减弱且中心位置向隔舱移动,I脉冲燃烧室内湍流强度急剧减小,粒子轨迹与内壁撞击位置后移。文中的仿真分析方法可以用来对双脉冲发动机进行预先仿真研究,从而对设计方案提供一定的参考意义。     

点火能量对两相爆轰波形成影响的数值研究

针对液态辛烷/空气两相混合物燃烧波在一维封闭空间内传播时爆燃向爆轰转变(DDT)的问题,运用化学反应流动基本理论、颗粒轨道模型和两步反应模型,在拉格朗日质量坐标系中建立了对该现象的数学表达,并开发了数值模拟程序CTPD,其中气体动力学方程采用显式差分格式,化学反应项使用二阶精度的Adams方法.通过数值模拟研究了液态燃料爆轰波的基本特性,以及点火能量及初始温度对于爆轰波结构与发展的影响.研究发现,点火能量及初始温度的提高显著促进了爆轰的转变,爆轰强度随着点火能量的提高而增大,随着初始温度的提高而减小.研究中计算结果与实验波形符合良好,说明本研究为包括DDT现象在内的脉冲爆轰发动机工作过程提供了一种可行的计算方法.     

喷管对脉冲爆轰发动机爆轰噪声影响的实验研究

喷管不但可以增加脉冲爆轰发动机推力,而且对脉冲爆轰发动机噪声的形成与传播也具有重要作用。为探索脉冲爆轰发动机爆轰噪声形成机理及控制技术,搭建了脉冲爆轰发动机噪声测试实验系统,在不同位置不同角度对3种不同类型喷管的脉冲爆轰发动机爆轰噪声特性进行了研究。研究结果表明,收敛扩张喷管对于减小脉冲爆轰发动机爆轰噪声幅值作用最为明显,在0°方向3 000 mm处可以达到77.13%的降幅;对于收敛喷管,收敛角度越大指向性越明显,而扩张和收敛扩张喷管的喷管出口面积越大指向性越不明显;喉部直径48 mm的收敛扩张喷管与管口直径280 mm和320 mm的扩张喷管对参考半径影响最为显著,参考半径由1 600 mm减小至800 mm. 研究结果对于爆轰噪声机理研究以及脉冲爆轰发动机工程化应用具有重要参考意义。     

脉冲爆轰发动机进气压力对爆轰影响的实验研究

为了研究脉冲爆轰发动机进气压力对爆轰过程的影响,对以汽油空气混和物为燃料的脉冲爆轰发动机进行了实验研究.实验得到了工作频率为33 Hz和40 Hz的稳定爆轰波,其峰值压力分别为1.5～1.8 MPa和1.3～1.8 MPa.实验结果表明,空气进口压力对点火起爆过程及爆轰频率等具有大的影响,当进口空气压力降低,点火起爆过程变难,爆轰频率下降.实验结果对脉冲爆轰发动机机理研究及实验装置改进等具有一定的参考价值.     

气体与液体两相连续旋转爆轰发动机爆轰波传播特性三维数值模拟研究

为了研究气体与液体两相连续旋转爆轰波的传播特性,基于三维守恒元和求解元方法,在圆柱坐标系下采用带化学反应的气体与液体两相爆轰模型,对连续旋转爆轰发动机进行三维数值模拟。通过计算获得了爆轰波起爆及其稳定传播时的流场结构,分析了流场在燃烧室径向方向的变化以及发动机的推力性能,揭示了两相爆轰波的传播特性。研究结果表明：燃烧室内流场结构与文献\[4\]中的实验研究结果定性一致;由于环形燃烧室外壁面的收敛和内壁面的发散,爆轰强度沿着燃烧室的径向方向逐渐增强,实现了爆轰波的自持旋转传播;以汽油为燃料、富氧空气为氧化剂,在填充总压为0.2 MPa、总温为288.15 K、燃料液滴半径为25 μm的条件下,连续旋转爆轰发动机所获得的平均推力约为880 N,爆轰波的传播频率约为4 390 Hz.     

H1F涡轮增压器混流涡轮级的CFD研究

利用三维CAD软件Pro/E建立了H1F涡轮增压器混流涡轮级三维流道模型,利用商用CFD软件Numeca对涡轮内流场进行了模拟.控制方程使用Baldwin-Lomax模型,选用S-A湍流模型,计算出了涡轮级的流量和效率特性,并与试验数据进行了对比,同时计算得出了叶轮流场分布.结果表明,混流涡轮有利于发动机脉冲排气能量的利用,所设计的混流涡轮轮缘处流动情况较差.