纯净空气来流的超音速燃烧室试验与数值模拟研究

超音速燃烧室试验设备需要加热空气达到所模拟的飞行状态的总焓,采用电阻加热器可以提供纯净的来流空气。西北工业大学建立了采用连续式电阻加热器的超音速燃烧室直连式试验平台。设备的初步调试结果显示:该电阻加热器最高可将流量0.73 kg/s的来流空气加热至1000 K,可以利用该平台进行低飞行马赫数的超音速燃烧室试验研究。本文利用该试验平台进行了超音速来流条件下的氢气燃烧试验研究,并在此基础上开展了氢气燃烧的数值模拟研究,数值模拟结果和试验结果吻合较好。     

超燃冲压发动机隔离段流场抗反压能力数值模拟

隔离段是双模态超燃冲压发动机实现双模态和模态转换的一个重要部件,同时,它把进气道和燃烧室隔离开,以防止燃烧室高压干扰进气道,引起进气道不启动.为了更清楚地捕捉流道内复杂激波链,本文使用三阶精度迎风MUSCL格式,K-ω湍流模型,对隔离段进行了数值计算.考虑到燃烧室的不同结构,本文主要针对几种燃烧室结构模型中隔离段抗反压能力进行了计算比较分析,特别是台阶结构可以有效的缓解燃烧室压力对隔离段的影响.     

超燃燃烧室小支板三维尺寸数值优化

为进一步提高小支板后低动压喷射的掺混增强性能,利用数值模拟方法对不带前引导面的小支板几何尺寸进行数值优化,对比分析不同长宽高几何尺寸对混合效率、穿透深度与总压损失的影响,研究发现小支板宽度越大,射流近场穿透效果越好;小支板越高后方射流穿透深度越大,但同时也带来更大的总压损失;小支板长度对燃料空气掺混特性影响不大,小支板过短会增大燃烧室总压损失,过长会带来额外的冷却负担.     

超燃冲压发动机燃烧室准一维建模与分析

为了研究超燃冲压发动机燃烧室内气流变化规律,通过影响系数法,建立了超燃冲压发动机的准一维模型,该模型考虑了燃料质量添加、壁面传热、截面变化、壁面摩擦等影响因素,同时给出了燃烧室3种模态转换的边界条件。以单模块超燃冲压发动机为研究对象,仿真分析了超燃无激波模态和超燃斜激波模态下燃油当量比、攻角等参数对燃烧室气流参数的影响,结果表明,气流马赫数随当量比的增大、攻角的增大而减小。所建立的模型可为超燃冲压发动机总体设计及性能分析提供一种快速分析的手段。     

超声速条件下涡流发生器增强混合研究进展

超声速条件下燃料与空气的高效掺混是实现超燃冲压发动机燃烧室高效燃烧的基本前提。然而受到流动压缩效应和燃烧释热的影响,超声速流动的混合过程受到了极大的抑制。涡流发生器是目前研究最多、应用最为广泛的混合增强技术之一,按照几何构型的不同可将其分为波瓣混合器、斜坡喷注器以及微型涡流发生器等。本文按照先介绍结构和机理,再介绍研究进展的顺序对波瓣混合器、斜坡喷注器以及微型涡流发生器在超声速混合增强领域的应用进行了综述。之后对涡流发生器和其他激励组合式混合增强技术,如涡流发生器-斜激波诱导混合增强,等离子体式、振荡式涡流发生器等进行了介绍和技术展望,指出其可实现未来超声速来流条件下宽速域、动态时的高效混合。     

吸收光谱法冲压发动机隔离段来流质量的流量测量

为实现冲压发动机地面直连试验中来流质量流量的测量校核,研制了吸收光谱法测量系统并开展了台架验证试验。首先,介绍了基于隔离段温度、流速测量计算质量流量的原理,针对台架试验环境适应性、长期工作稳定性问题,介绍了测量系统和光机设计方案,然后介绍了波长标定、温度与流速反演关键算法。在Ma6.5,6.0kg/s流量状态两个独立车次台架试验吸收光谱法计算质量流量的最大偏差为5%,验证了所提出方法的可行性。该方法为吸气式发动机来流状态的精细测量提供了新的方案和技术手段,未来可望用于来流捕获的实时反馈控制。     

A new method of thermal protection by opposing jet for a hypersonic aeroheating strut

This paper presents the numerical investigation of thermal protection of scramjet strut by opposing jet in supersonic stream of Mach number 6 with a hydrogen fueled scramjet strut model using CFD software.Simulation results indicate that when a small amount of fuel is injected from the nose of the strut,the bow shock is pushed away from the strut,and the heat flux is reduced in the strut,especially at the leading edge.Opposing jet forms a recirculation region near the nozzle so that the strut is covered with low temperature fuel and separated from free stream.An appropriate total pressure ratio can be used to reduce not only aerodynamic heating but also the drag of strut.It is therefore concluded that thermal protection of scramjet strut by opposing jet is one of the promising ways to protect seramjet strut in high enthalpy stream.     

双台阶超燃冲压发动机燃烧室流场数值模拟

采用RNGκ-ε湍流模型以及有限速率化学动力学模型,求解了二维Navier-Stokes方程,分别以氢气和乙烯为燃料数值模拟了具有双台阶单凹槽的超燃冲压发动机燃烧室的流场,并与试验数据进行了对比。计算结果表明:双台阶下游和凹槽处出现了有利于燃烧和火焰稳定的回流区;在隔离段入口马赫数2.0左右时,该燃烧室可以实现在亚燃和超燃两种模态下工作,燃烧效率在0.7以上;数值模拟壁面压力分布的结果与相应的试验结果吻合良好。     

高超声速二维前体/进气道一体化优化设计研究

本文以二维高超声速进气道的最大总压恢复系数为主要设计指标,同时兼顾进气道的升力和阻力。通过理论分析和数值计算给出了二维高超声速飞行器前体、进气道唇口以及进气道内部的优化设计方法,并同时与等激波强度三楔角压缩的前体设计以及平直唇口设计相比较,说明其优越性。最后计算结果表明:高马赫条件下,单楔角加等熵压缩的前体性能优于等激波强度三楔角压缩的前体性能;进气道唇口采用长楔角性能优于直底板唇口;隔离段与水平方向夹一个小角度是很有利的。     

液体煤油超声速燃烧的三维数值分析

利用计算流体力学软件对煤油在双模态超声速燃烧室内的超声速喷雾燃烧进行数值模拟.采用离散液滴模型、概率密度函数紊流扩散燃烧模型和紊流k-ω模型,在飞行马赫数为5、煤油与空气的当量比为0.551时的超声速燃烧进行了计算.计算得到的壁面静压分布与实验数据十分接近;总压力损失系数是0.70,小于实验测量值0.707;分析数值结果可知,支板喷油和凹槽火焰稳定器提高了混合和燃烧效率,燃烧室出口燃烧效率达0.62,接近实验得到的燃烧效率0.696.