超燃冲压发动机燃烧室构型优化的试验研究

在直连式超燃冲压发动机试验系统上,通过调节超燃冲压发动机燃烧室壁面扩张角和燃料喷注位置,对燃烧室构型优化进行了试验研究。为了提高试验效率,燃烧室形面调节采用正交试验设计方法进行组织,每个形面进行5种喷注位置的试验,每次试验通过文氏管调节3个当量比的燃料流量。利用试验数据构造燃烧室性能关于构型参数的响应面模型,可用于燃烧室构型优化。通过两次渐进优化获得了性能更优的燃烧室构型,并根据试验数据分析了各构型参数对燃烧室性能的影响,结果表明:优化构型燃烧室的推力增益比基准构型增大了10.4%;燃烧室性能受各构型参数的强烈耦合影响。     

旋转燃烧室雾化燃烧过程的数值模拟

针对燃烧室在设计过程中的纯经验状态,在建立了燃烧室物理数学模型的基础上,利用Fluent软件对旋转燃烧室单组元喷雾燃烧过程在不同转速下分别进行仿真模拟,湍流模型采用标准双方程模型,燃烧模型采用涡耗散(ED)模型,辐射模型选用p-1模型,液滴通过离散项模型来定义.通过模拟,得到了合理的气相的速度场、温度场、浓度场,为燃烧室的结构优化提供了必要的依据,从而缩小了燃烧室体积,增强了燃烧室性能.     

旋转燃烧室内燃气湍流流动的数值分析

为了解水下航行器旋转燃烧室内燃气的流动特性,利用FLUENT软件,对旋转燃烧室内的气相流场进行了数值模拟。湍流计算采用RNGκ-ε模型、气相燃烧采用ED模型、液相采用离散液滴模型。得到燃烧室不同轴向截面位置的速度变化曲线和燃烧室中心纵截面的湍流粘性系数分布。结果表明,在燃烧室中间燃气形成范围较大的中心回流区,气体切向速度分布呈现Rankine涡结构,径向速度较小且为向心向。由于出口位置的偏心性和空间突缩,燃烧室后部的流场呈现明显的非轴对称分布,而且燃气速度变化剧烈。湍流粘性系数在回流区和出口上游处较大,而在壁面附近都小于0.01。     

加质源项技术在装药燃烧中的仿真研究北大核心

在弹射器燃烧室装药燃烧升压非稳态过程中,燃气发生器燃烧室内流场的压强数据在很大程度上影响着导弹弹射过程的安全与稳定。针对管状装药燃气发生器的特殊装药结构形式,运用Fluent软件建立了二维轴对称非定常计算模型,采用加质源项技术,通过UDF编译来实现燃气的质量、动量、能量向燃烧室的注入。通过设置不同的观测点,对燃烧室装药不同部位的压力和温度变化情况进行监测,计算得到了在装药加质燃烧升压过程中装药表面各点的压强和温度分布,随后分析了燃烧室喷管口打开后燃气流场的流动情况,得到了燃烧室内弹道压力变化曲线。所得结论可为燃气发生器的抗热冲击设计和喷管的结构设计提供参考。     

超燃冲压发动机燃烧室中双凹腔对引导氢分布的影响

为了研究超燃冲压发动机燃烧室中多个凹腔对气体燃料分布的影响,运用数值仿真的方法模拟了引导氢(氢气作为引导气体引燃煤油)的分布情况.从三个方面对仿真结果进行分析,首先对比了串联凹腔燃烧室和单凹腔燃烧室中的燃料分布,结果表明后凹腔的存在使得双凹腔燃烧室下游的氢气射流中心更偏向主流;其次比较了前后凹腔同一位置的燃料分布情况,结果表明前凹腔中氢气在展向方向分布更广,后凹腔中氢气在横向方向分布更宽;最后对比了并联凹腔燃烧室和单凹腔燃烧室内的燃料分布情况,结果表明并联凹腔对气体燃料的分布影响不大.     

数值模拟气液针栓式火箭发动机喷雾燃烧对声学激励的响应

为研究气液针栓式火箭发动机的声学振荡特性并为其优化设计提供指导,加工了具有矩形燃烧室的LOX/GCH₄针栓式发动机,采用Euler-Lagrange方法仿真横向速度扰动产生的声学响应,以期在热试前了解声学激励频率对非稳态喷雾燃烧过程的影响。仿真结果表明,采用的横向速度扰动能在燃烧室内产生同频率的一阶横向声学振荡响应。喷雾燃烧对声学激励的响应强弱受扰动频率与燃烧室一阶横向振荡模态固有频率的相对大小影响较大。当扰动频率与该固有频率相等时,压力和燃烧释热随速度扰动出现同相振荡,压力振荡幅值显著增高导致燃烧室前半段的喷雾和火焰同步摆动;同时,燃烧室内存在扩散燃烧变为预混燃烧的趋势,甲烷在更短的距离内燃烧完全且燃烧室温度趋于均匀。     

C/SiC陶瓷基复合材料燃烧室壁厚设计与验证

C/SiC复合材料发动机具有重量轻、工作温度高等优势,已成为下一代高性能发动机的重要发展方向,其中C/SiC复合材料燃烧室的强度与壁厚设计是发动机设计的关键技术之一。本文以薄壳理论和第四强度理论为基础,以环向拉伸强度为基础数据,推导了C/SiC复合材料燃烧室壁厚计算公式,并对某型号发动机燃烧壁厚进行了计算。未验证计算结果准确性,利用复合材料燃烧室试件的爆破试验对计算结果进行了验证,并对根据计算结果研制的C/SiC复合材料燃烧室进行了热试车考核验证。本文提出的研究计算方法与结果对其他C/SiC复合材料燃烧室的壁厚设计具有指导意义。     

微穿孔板结构抑制声不稳定燃烧实验

目前抑制燃烧室内声不稳定燃烧的声学装置主要有:隔板、声腔、四分之一波管及赫姆霍兹谐振器等,提出了采用基于赫姆霍兹共振吸声原理的微穿孔板结构作为抑制燃烧室内声不稳定燃烧的装置,由于燃烧室内的高温条件,因此同时考虑了热传导作用对于微穿孔板结构吸声性能的影响。通过ANSYS建立实验测试用燃烧室模型,利用专业声-振分析方面的CAE软件SYSNOISE对实验用燃烧室模型进行数值仿真计算,并与实验结果具有较好的一致性,尤其是在所设计的微穿孔结果的共振频率附近,可以有效地抑制共振峰处的声压值,具有较好的声抑制效果。     

加质源项技术在装药燃烧中的仿真研究

在弹射器燃烧室装药燃烧升压非稳态过程中,燃气发生器燃烧室内流场的压强数据在很大程度上影响着导弹弹射过程的安全与稳定。针对管状装药燃气发生器的特殊装药结构形式,运用Fluent软件建立了二维轴对称非定常计算模型,采用加质源项技术,通过UDF编译来实现燃气的质量、动量、能量向燃烧室的注入。通过设置不同的观测点,对燃烧室装药不同部位的压力和温度变化情况进行监测,计算得到了在装药加质燃烧升压过程中装药表面各点的压强和温度分布,随后分析了燃烧室喷管口打开后燃气流场的流动情况,得到了燃烧室内弹道压力变化曲线。所得结论可为燃气发生器的抗热冲击设计和喷管的结构设计提供参考。     

燃烧室前缘扩张角对旋转爆震冲压发动机的影响

针对圆柱形隔离段-燃烧室构型的旋转爆震冲压发动机,开展了总温为860 K、马赫数为2的来流条件下的直连式试验,探讨了燃烧室前缘扩张角(θ=30°,45°,60°,90°)对爆震波传播特性、工况范围及压力分布的影响。结果表明:当燃烧室前缘扩张角为90°时,燃烧模态均为爆燃燃烧;随着扩张角的减小,燃烧模态将会向锯齿波和混合模态(包含单波阶段)转换。当燃烧室前缘扩张角为30°时,旋转爆震的自持工况范围最宽且燃烧室压力最高;同时,随着燃烧室前缘扩张角减小,实现混合模态的当量比下限降低。此外,分析了燃烧模态对来流的影响,发现:锯齿波/混合模态燃烧室内存在的周期性高频压力扰动会使隔离段内的激波串位置前移;混合模态对超声速来流的影响最为显著。     

基于动网格的装药燃烧的燃面退移仿真

为了研究某型弹射器燃烧室装药在燃烧过程中的变化特性,以Fluent软件为计算平台,运用加质源项技术和动网格技术,采用UDF编译来实现燃气的质量、动量、能量向燃烧室的注入,在装药燃烧燃面退移的过程中,通过DEFINE_GRID_MOTION宏定义燃面的变化规律,结合k-ε两方程湍流模型对装药的非稳态燃烧过程进行三维数值仿真。计算得出了装药燃面推移图像,分析了燃烧室内的流场状态变化、燃气在燃烧室内的传播规律,并分析了减面燃烧对弹射器燃烧室内压强的影响。研究表明,该方法能够成功地求解装药燃烧的非稳态过程,较好地仿真燃面退移过程,所得结果可以为弹射器燃烧室的性能研究和结构设计提供理论依据。     

侧壁激波诱导下凹腔燃烧室冷态流场实验观测

在单凹腔燃烧室中引入侧壁激波,为研究燃烧室内部流动特性,采用纳米粒子平面激光散射技术和粒子图像测速技术对全尺寸玻璃燃烧室模型进行流场观测,获得了冷态流场展向和法向的瞬态灰度图及平均速度场。实验结果表明:在远壁面区域,凹腔内部速度与密度都较低;引入侧壁激波后,近壁面区域凹腔与主流的质量与动量交换增强,速度与密度升高;受到侧壁激波影响,燃烧室底壁边界层不再均匀,凹腔中后部产生大规模低速区,具有明显三维特性。     

带有中心预燃室的冲压发动机数值模拟研究

为提高低压条件下燃烧室点火和火焰稳定性能,设计了一种中心预燃室结构的冲压发动机。运用数值模拟方法对简化燃烧室内部的喷雾燃烧流场进行了分析。结果表明:随着燃烧室工作阶段的不同,预燃室尾部收缩段对内外涵气流相互作用的影响存在差异;由于局部压差的增大,预燃室取气口将出现局部加速效应;预燃室内流动过程受下游燃烧的影响。     

固体火箭发动机燃烧室内一维两相变截面流动

本文在固体火箭发动机燃烧室中两相流动基本方程的基础上,导出了同时考虑侵蚀燃烧和两相流动的计算方程组,详细讨论了方程的数值求解方法,分析了侵蚀燃烧引起的通道横截面积沿长度的变化和两相流动对压力—时间曲线及燃烧室流场的影响,有利于准确预估压力—时间曲线和理论计算燃烧室中的流场。     

基于Simulink的火箭弹发动机内弹道性能

研究火箭弹发动机内弹道性能,主要是对燃烧室内压强随时间的变化规律进行研究。一般采用实验法可以获得直观可靠的数据,由于在燃烧室中的压强很大,对实验的设备要求较苛刻,需要具备一定的条件才能进行实验。根据零维内弹道数学模型,应用Simulink仿真模型对某型固体火箭弹发动机内弹道工作过程进行数值仿真,画出燃烧室内压强曲线,进一步分析并得出影响发动机内弹道性能的因素。     

环管型燃烧室喷雾燃烧DES模拟

为研究燃气轮机燃烧室内复杂的两相三维湍流燃烧问题,采用基于Realizable k-ε模型的分离涡模拟(DES)方法对环管型燃烧室进行喷雾燃烧数值模拟.数值模拟结果表明:DES模拟在燃烧区发挥出大涡模拟(LES)的作用,能获取结构复杂的流场、温度场和涡量场,其对流场内涡结构的捕捉和分辨能力明显强于传统的RANS(雷诺时均N-S方法)模拟.与实验数据对比发现,DES模拟所得燃烧产物含量和燃烧室出口温度分布更符合.因此,DES方法可用于复杂形状燃烧室的燃烧数值模拟,能够避免RANS模型对湍流脉动进行平均处理导致耗散过大、抹平涡结构的缺点,从而可获取更准确的计算结果.     

液体单元推进剂燃烧效率计算理论

引言由于液体单元推进剂的供给系统、燃烧室结构,调节过程以及地面准备工作等均较液体双组元推进剂的简单,所以这种推进剂早已广泛地应用在导弹和飞机上。例如美国的海蛇地空导弹采用硝酸异丙酯作为辅助能沅,苏联的宇宙号第二级РД-119火箭发动机采用偏二甲肼作为驱动涡轮的工质,而目前大量的姿控发动机是采用无水肼作为主能沅。近几年来,液体单元推进剂的应用则又有了更进一步的发展,例如报导了美国研制成功一种用于海军水中兵器动力系统第二代的低成本单元推进剂,     

单组元燃料不同背压下雾化试验研究

本文以某型鱼雷燃烧室为母型,进行了单组元燃料喷嘴的低反压和高反压雾化试验研究。试验给出了SMD随燃烧室压强变化的试验结果与拟合曲线。试验表明,随着反压的增高,液雾的SMD逐渐减小,并随着反压的增高此减小的趋势变缓。     

R-4D双组元姿控发动机的研制(三)——推力室设计

一台火箭发动机的设计和研制总是会遇到各种各样的问题,这类问题是与那些特定的要求联系在一起的,除开那些复杂的电磁活门,喷注器和密封装置之外,R-4D的燃烧室可算得上是最重要的部件了,对于在燃气核心温度3200°K的高温下,能够胜任用作燃烧室的材料是为数不多的,除了能够承受高温之外,燃烧室还能经得起高真空情况下的点火压力峰,不允许燃烧气体对基本金属的烧蚀,要求在各个飞行阶段能够给出精确的推力和脉冲。     

XPS对Rh—Nb_2O_5/SiO_2催化剂中金属和载体之间的强相互作用的研究

使用负载型催化剂清除潜艇中有害气体CO和H_2是一碳化学研究成果的重要应用。本文用固定床流动法评价了负载型Rh—Nb_2O_/SiO_2催化剂对CO和H_2混合气转化的催化性能,并运用XPS测试了催化剂中各组分以不同方式组合的一系列样品的表面物种价态及结合能谱峰的化学位移,揭示了催化剂中金属与载体强相互作用的实质。另外还测出了经混合气处理的催化剂表面存在Rh~0、Rh~Ⅰ、Nb~Ⅴ、Nb~Ⅳ和两种不同的沉积碳,并对催化剂活性中心的价态及由于金属和载体的强相互作用促进混合气转化、改善催化剂的性能进行了探讨。