进气道结构对含硼固冲发动机二次燃烧性能影响分析

采用标准k-ε湍流模型,单步涡团耗散燃烧模型以及高速气流作用下KING硼粒子点火燃烧模型,开展了不同进气道结构下冲压发动机补燃室内含硼颗粒三维两相燃烧流动数值模拟;分析了在6种进气道结构对硼颗粒点火燃烧以及燃气燃烧效率的影响;研究结果表明：在相同的边界条件下,进气道结构形式对硼颗粒点火影响不大;燃气燃烧效率在双侧180°的进气结构下最高,双下侧90°进气结构的燃气燃烧效率最低;硼颗粒燃烧效率在双侧180°时燃烧效率最高,在中心进气结构下硼燃烧效率最低;补燃室内总燃烧效率在双侧180°进气道结构时最高,在中心进气结构下最低。     

补燃室头部距离对固冲发动机二次燃烧的影响

补燃室头部距离是影响固体火箭冲压发动机二次燃烧效率的关键参数,采用数值模拟的方法研究分析了该参数对固体火箭冲压发动机二次燃烧效率的影响,数值结果与同等条件下实验结果的对比分析表明：补燃室头部距离的增大,可增大头部的漩涡区,从而使固相颗粒在补燃室头部的驻留时间得以延长,这对固相颗粒的点火燃烧十分有利,但对提高整个补燃室掺混燃烧效率的作用有限,因此补燃室长度一定的情况下,存在一个最佳的头部距离。     

不同入口空气流量对冲压发动机二次燃烧的影响

采用涡团耗散模型和化学动力学控制的碳粒子燃烧模型对中心进气固体火箭冲压发动机反应流场进行数值计算,分析了不同入口空气流量对冲压发动机二次燃烧的影响,并与试验结果进行比较。研究结果表明：随着入口空气流量的增加,补燃室尾部压强升高,燃烧效率增加,而补燃室尾部温度降低。     

空气旋转进气对含硼固体冲压发动机二次燃烧性能影响的研究

采用Realizable k-ε湍流模型、单步涡团耗散燃烧模型,应用Fluent软件UDF功能,编写考虑硼颗粒在高速气流中气动剥离效应下的KING点火燃烧计算程序,对典型的双下侧90°含硼固体冲压发动机补燃室进行不同旋转进气下三维两相流动与燃烧数值计算。计算结果表明,当进气道两侧空气同向与反向旋转进入补燃室时,气流产生的旋转均使燃气与空气的混合更充分,燃烧效率更高,并且随着旋流数的增加而增加;对于颗粒燃烧效率与总的燃烧效率,当旋流数小于0.179时,同旋条件高于反旋条件,当旋流数大于0.385时,反旋条件高于同旋条件,当旋流数约为0.2时,同旋与反旋效果相当;对于硼颗粒点火时间,旋流进气减小了点火时间,在旋流数为0.385时最小。     

两次进气对固体火箭冲压组合发动机燃烧和烧蚀环境的影响

为给固体火箭冲压组合发动机补燃室的进气道设计提供参考,研究了空气两次进气对补燃室燃烧效率和内壁烧蚀环境的影响。采用标准k-ε(k为湍流动能,ε为耗散率)模型、涡耗散模型和King硼颗粒点火模型,分别对空气一次进气和两次进气两种补燃室的多相流燃烧进行数值模拟,并进行对比分析。研究结果表明：两次进气可包覆混合燃气,并将其向内挤压,压缩高温区域,改变氧气分布,从而减小高温内壁面积,降低低温壁面温度,减少贴近壁面的凝聚相颗粒数量,从而减弱对壁面的热烧蚀、氧化和凝聚相颗粒侵蚀作用,同时,因造成的动能损失更大,减小了贴近内壁的气流速度,可减弱气流冲刷作用,二者共同作用,较大程度改善补燃室内壁的烧蚀环境;两次进气对补燃室的燃烧效率影响不大,一次进气和两次进气补燃室的总燃烧效率分别为80.68%和80.18%;综合燃烧效率和内壁烧蚀环境两方面,表明两次进气形式优于一次进气形式。     

两次进气对含硼贫氧燃气补燃效率影响研究

对采用两次进气结构的固体火箭冲压发动机补燃室化学反应流场进行了两相数值模拟,研究了两次进气间距和流量分配比对气相和凝相燃烧效率的影响,分析了两次进气方案使燃烧效率提高的根本原因.结果表明,存在最佳的两次进气间距和流量分配比使补燃效率达到最优;两次进气的流量分配比对燃烧效率有较大的影响;两次进气间距和流量分配比对燃烧效率存在复杂的影响作用.     

固体燃料冲压发动机旁路进气对硼粒子燃烧的影响

本研究报告论述了固体燃料冲压(SFRJ)发动机单个硼粒子燃烧特性的理论预测。研究表明在,主燃烧室中硼粒子不能完全燃烧。为了得到较高的燃烧效率,对使用旁路进气的补燃室方案做了试验。结果表明在,0.5m长的补燃室中,大部分的硼粒子都能完全燃烧。     

超燃冲压发动机煤油燃烧加热器设计中的流场计算

采用FLUENT软件模拟加热器掺混段三维流场,检验所设计的加热器出口流场是否达到预定的设计要求,计算结果表明加热器出口流场满足设计要求。     

某两侧进气固冲发动机二次燃烧性能提升仿真研究

为了提高采用头部两侧进气布局形式的固冲发动机的二次燃烧性能,以某地面连管试验用固冲发动机为研究对象,分别从进气道出口形式和燃气喷射方式两个方面对补燃室掺混燃烧流场的影响进行了仿真研究.结果表明:进气道出口结构形式对该种布局方案的补燃室二次燃烧性能有重大影响;在保持进气道出口结构不变的条件下通过合理配置一次燃气喷射方式可以在一定程度上提升二次燃烧性能.     

固体燃料冲压发动机稳定燃烧机理研究

利用三维有限体积TVD格式求解N-S/Euler方程组数值模拟固体燃料冲压发动机（SFRJ）突扩燃烧室、补燃室和喷管的统一内流场,研究了从亚声速、跨声速到超声速的整个工作过程,定量计算了发动机内流参数分布,初步揭示了SFRJ内复杂而稳定的工作机理,对于进一步研究该类发动机的流量及工作特性有重要意义。     

固体燃料冲压发动机高速旋转对进气道稳定工作范围的影响

为了研究高速旋转对固体燃料冲压发动机进气道稳定工作范围的影响,利用计算流体力学软件对所设计的进气道在马赫数为3.0的设计状态进行了数值模拟,获得了进气道在不旋转、转速分别为10 kr／min和30 kr/min的稳定工作范围、流场结构和总体性能。结果表明：转速越高进气道稳定工作范围越窄,但变化较小,对进气道的流场特征和各性能参数的影响较小;高速旋转时进气道的总压恢复系数、出口马赫数比未旋转时略高,流量系数和总压畸变指数基本没有变化。     

某两侧进气固冲发动机补燃室沉积研究

采用纯气相燃烧模型对某两侧进气固冲发动机补燃室内流场进行了数值模拟,根据流线图对补燃室内的沉积分布进行了预测,并与试验结果进行了对比。结果表明,该构型固冲发动机补燃室内的沉积主要集中在进气道对称平面的补燃室壁面及冲压喷管收敛段,补燃室头部也有部分沉积;补燃室内的沉积包括一次燃烧产物中未燃烧完全的凝相粒子和二次燃烧产物冷凝形成的凝相粒子;采用纯气相模拟可以对该构型的补燃室沉积分布情况进行定性预测。     

攻角对炮射冲压发动机进气性能的影响

采用结构化网格与二阶精度流场分区求解技术,对某冲压发动机超音速进气道特性进行了深入研究.通过数值模拟得到了在飞行高度3000m、飞行速度2.5Ma、不同攻角情况下,超音速进气道内外粘性流场复杂的波系结构,详细分析了攻角对进气道总压、流量等工作参数的影响.结果显示,随着来流攻角的增大,此进气道总压恢复系数变化不大,流量系数逐渐降低,而流场畸变则明显增大.     

冲压发动机二元混压式进气道工作特性分析

对某型冲压发动机二元混压式进气道进行了三维数值模拟。研究了不同来流及背压条件对进气道性能的影响,以及弹体气动性能对进气道工作特性的影响。结果表明,在宽广的飞行马赫数和空域范围内,进气道的性能差异很大;对于单独设计的进气道,安装在弹体上以后,其性能会出现明显下降;弹体附面层隔槽大小及轴向安装位置会对进气道性能产生较大影响。根据计算结果,可以为该进气道提供实验方案,并为其装配提供参考数据。     

冲压增程弹丸进气道复杂湍流流畅数值仿真

应用二阶隐式TVD格式对固体火箭冲压发动机增程弹丸超音速进气道内部湍流流场进行了数值仿真。通过对交叉楔面超音速湍流流场数值仿真结果分析，并与实验结果比较，显示该算法和编制的程序是可靠的，能够准确仿真具有激波一激波、激波一边界层相互作用的复杂湍流流场。通过数值仿真得到了不同出口反压条件下超音速进气道湍流流场复杂的波系结构，并分析了流场的发展过程和出口反压对进气道性能的影响，为今后进一步深入研究提供了理论基础。     

进气道直径大小对固冲发动机内流场的影响研究

为了探索在一定补燃室长度条件下进气道直径大小对固冲发动机内流场的影响,采用了标准k-ε湍流模型和组分输运模型数值模拟了一设计的固冲火箭发动机掺混燃烧过程的内流场。结果表明:在一定补燃室长度和进出口条件下,存在一最佳进气道直径,能使空气与燃气完全掺混燃烧。在文中模拟条件下的最佳进气道直径为30mm。     

超声速轴对称进气道流场的数值模拟

利用有限体积法求解二维轴对称可压缩N-S方程,对超声速弹用进气道内外复杂流场进行了数值模拟,数值格式为二阶迎风格式,所得流场结构清晰。研究结果表明：随着来流马赫数的增加,总压恢复系数随之下降,稳定工作范围增大,同时流量系数逐渐增大,在激波贴口后流量系数基本保持不变;在同一来流马赫数的超临界状态下,随着进气道出口反压的提高,结尾正激波向喉道方向移动,结尾激波损失减小,总压恢复系数提高,进气道出口马赫数减小,出口流场畸变程度降低。     

固体燃料冲压增程炮弹用混压式进气道数值模拟及实验研究

利用三维雷诺平均Navier-Stokes方程,在不同攻角和来流马赫数条件下,对带侧向支柱的某固体燃料冲压弹用混压式进气道的内外复杂流场进行了数值模拟,并完成了风洞实验,得到了不同状态下进气道的纹影图片、沿程静压分布及进气道出口总压变化规律。结果表明:数值模拟所得流场结构与风洞实验纹影图一致;随着攻角的增大,流入进气道的空气流量减少,总压恢复系数降低,出口马赫数基本保持不变;在亚临界状态下,总压恢复系数受攻角的影响显著增大,其值甚至比临界状态时还要低;此外,在同一来流马赫数下,总压恢复系数随进气道出口反压的增大而增大。     

侧向支柱对高速旋转冲压增程弹用进气道影响的数值模拟

采用块结构网格与二阶精度流场分区求解技术,对高速旋转含侧向支柱双锥外压轴对称冲压增程弹丸进气道内外复杂流场进行了数值模拟。通过数值模拟得到了对应于不同旋转角速度、不同侧向支柱形状以及不同来流攻角情况下,临界工况时超声速进气道内外粘性流场复杂的波系结构。当高速旋转进气道扩压段有侧向支柱存在时,进气道总压恢复系数和动能系数均有所降低,而流场畸变指数则增大明显。随着转速和攻角的增大,进气道综合性能均有所降低。数值结果显示,采用菱形截面的侧向支柱形状的进气道性能最优。     

冲压增程炮弹外弹道理论分析及数值仿真

简述了冲压增程炮弹增程原理,建立了进气道、发动机一体化外弹道计算模型,通过数值仿真得到了155 mm增程弹弹道曲线。通过对仿真结果进行分析,得到了射程随部分设计变量变化的关系曲线,为增程弹总体优化设计奠定了理论基础。