头部两侧和单侧进气对固冲发动机燃烧影响

为了研究进气道布局形式对固冲发动机二次燃烧性能的影响,分别对头部两侧进气和单侧进气2种布局方案的固冲发动机开展了二次燃烧仿真和试验对比研究。结果表明:单侧进气时补燃室掺混燃烧效果优于两侧进气;单侧进气会导致补燃室局部出现高温高速区域,对补燃室热防护不利;在相同的工况下单侧进气获得的推力与两侧进气相当。     

固冲补燃室团聚硼颗粒燃烧试验

研究团聚硼颗粒在补燃室中的点火燃烧对提高固冲发动机性能具有重要意义。通过试验模拟固冲发动机工作过程的方法,开展了补燃室流场条件下的团聚硼颗粒点火燃烧试验。结合高速火焰图像处理技术和流场参数测量结果,对试验中团聚硼颗粒的点火燃烧状态、火焰结构以及颗粒尺寸变化等进行了分析,获得了补燃室燃气温度和氧气含量等因素对团聚硼颗粒点火燃烧过程的影响机制。对燃烧残渣进行了分析,发现燃烧前后颗粒尺寸变化不大,燃烧过程中高温气流可能进入了颗粒内部并与硼颗粒发生反应。     

进气道角度对含硼推进剂固冲发动机性能的影响

为了提高含硼推进剂固体火箭冲压发动机内硼颗粒的燃烧效率,采用颗粒轨道模型进行了补燃室两相流的数值模拟,其中硼颗粒的点火和燃烧模型采用的是King模型,建立了发动机补燃室内简单反应流模型,在该模型下研究了进气道的位置对非壅塞固体火箭冲压发动机燃烧效率的影响,并在此基础上进行直连式试验研究.结果表明,后进气道角度为60°时的燃烧效率比90°时高.     

固冲发动机补燃室凝相碳颗粒燃烧研究

应用改进的移动火焰锋面(MFF)模型,分析了环境压力、温度等参数对碳颗粒燃烧过程的影响。在此基础上,研究了固冲发动机补燃室内碳颗粒的燃烧过程,得到了固冲补燃室环境中的碳颗粒燃烧特性,并通过固冲直连式试验验证了数值模拟结果。结果表明:补燃室中大部分碳颗粒在进气道出口附近燃烧。     

气态煤油超声速燃烧简化化学反应模型

为探究超燃冲压发动机燃烧室中煤油燃料燃烧的化学动力学过程，综合采用敏感性分析方法与路径分析方法，针对RP-3航空煤油三组分替代燃料的详细反应模型进行简化，建立一种适用于超声速燃烧流场数值模拟的新型26组分89反应简化燃烧反应模型。采用该简化燃烧模型对RP-3航空煤油替代燃料的点火、燃烧特性进行数值模拟，并与详细反应模型结果和试验数据进行对比校验。此外，将该简化燃烧模型与超声速燃烧流场计算方法相结合，数值分析了典型超燃冲压发动机燃烧室流场内化学动力学特性。研究结果表明：新型简化燃烧反应模型在不影响数值模拟精度的前提下，有效减少了反应组分与反应方程个数，提高了超声速复杂燃烧流场的数值模拟效率，并且能够准确获得烯烃、炔烃等重要中间燃烧产物以及小分子活性基团的空间分布规律，给出更全面的流场信息。     

数值模拟气/气喷嘴速度比对燃烧性能的影响

为研究应用于全流量补燃循环发动机的不同气/气喷嘴得到的燃烧流场,通过求解NavierStokes方程组,对不同燃料与氧化剂速度比下的流动燃烧过程进行了数值计算,计算结果与实验结果吻合。仿真结果表明:增加速度比能使燃烧火焰面提前,燃烧效率变大。如果发动机的长度受到限制,可以适当增加速度比以实现高效燃烧。     

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。     

金属/水反应燃料内燃机定容燃烧仿真计算

以某型内燃机为研究对象,对内燃机燃烧室结构进行了改进性设计,以提高金属/水反应燃料的燃烧效率和动力输出为目的,在建立燃烧反应动力学模型的基础上,利用Fluent仿真软件,采用SIMPLE算法对燃烧室进行了2维流场模拟仿真。仿真计算结果表明:金属/水反应燃料的最高燃烧压力可达到1 000 MPa,1 kg燃烧产物中只有7.197 3e-3g氧化氮产物,燃烧速度最高可达7.5e4m/s,说明在改进燃烧室结构后,金属/水反应燃料的燃烧效率和内燃机性能都得到了显著提高。     

高海拔下柴油机燃用含氧燃料的试验研究

为解决高海拔地区因缺氧和燃料燃烧不完全造成的发动机动力下降和燃油消耗率增加的问题,将生物柴油以不同体积分数(5%,10%)掺混到柴油中进行发动机台架试验。通过控制发动机进气压力模拟高海拔条件下含氧燃料的燃烧,考察平原和海拔3 000 m地区不同掺混比例的含氧燃料对发动机性能的影响。结果表明:在平原燃用含氧燃料,发动机功率较燃用纯柴油有所降低,且降幅随生物柴油添加量的增加而增大,同时燃油消耗率上升;在海拔3 000 m地区燃用含氧燃料,发动机功率较燃用纯柴油有所增加,且燃油消耗率下降;不管是在平原还是在海拔3 000 m地区,燃用含氧燃料均能够显著降低HC、CO和碳烟排放,但NOx排放有所增加。     

水下航行器不同燃料燃烧性能的仿真研究

为了解热动力水下航行器不同燃料的燃烧性能,利用FLUENT软件,分别对OTTO-Ⅱ单组元燃料和HAP+OTTO-Ⅱ+H2O的三组元燃料在旋转燃烧室内的两相湍流燃烧进行了数值仿真.湍流计算采用标准模型κ-ε、气相燃烧采用ED模型、液相采用离散液滴模型.得到两种燃料在燃烧室内的温度分布,化学反应速率分布、燃烧产物CO2和CO的质量分数分布以及两种燃料液滴的运动轨迹,并对计算结果进行了比较和分析.结果表明,三组元燃料的燃烧性能要优于单组元燃料的燃烧性能,但由于三组元液滴蒸发较慢,对燃烧稳定性造成影响.     

固体燃料冲压发动机飞行性能分析

固体燃料冲压发动机性能通过进气道与导弹飞行工况关联在一起,其工作过程需考虑导弹飞行参数对发动机性能的影响。与其它冲压发动机相比,固体燃料冲压发动机一个显著特点是推进剂燃烧过程不仅与推进剂配方、发动机结构和燃烧室压强有关,还取决于燃烧室入口空气参数,因此工作过程较为复杂。在国内首次建立固体燃料冲压发动机工作过程仿真模型,并分析导弹飞行马赫数和高度对发动机性能的影响规律。     

超燃冲压发动机燃烧室燃料喷注及其内流场的数值模拟

基于三维N-S方程,利用有限差分数值离散方法,对考虑了燃料喷注和凹腔结构综合影响的某超燃冲压发动机燃烧室模型的内流场进行了数值模拟,与实验流动图谱进行了定性比较,并进一步探讨了燃料喷注过程的非定常特性以及凹腔结构对流动的影响。研究表明:本文数值模拟的稳态时刻流场与实验流动图谱相似;数值结果捕捉到了横向喷注燃料沿下游运动并向凹腔扩散的非定常动态变化的规律。     

煤油超音速燃烧的试验研究

在地面直连式试车台上,研究了煤油碳氢燃料超燃冲压发动机的点火燃烧性能。通过测量模型发动机壁面压力分布,比较了不同工况下的煤油点火燃烧性能。试验结果表明,在当量比为0.27～1.46的大范围内,煤油在超燃冲压模型发动机中能够成功点火,支板和凹腔对煤油在超声速气流中的点火及稳定燃烧有重要作用,少量氢气的喷入对煤油的点火燃烧有良好的促进作用。太厚的支板、过高的当量比、模型发动机第一级燃烧室加入燃料过多会使发动机壅塞,影响隔离段的正常工作,进而影响加热器喷管工作。     

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。     

气氧甲烷溅板式层板喷注器燃烧特性试验分析

采用试验方法分别对单喷嘴和多喷嘴溅板式层板喷注器燃烧特性进行研究,考察不同工况下喷注器面板热载情况,得到不同混合比、不同结构参数对燃烧室压力分布和燃烧效率的影响规律。试验结果表明:混合比对多喷嘴喷注器燃烧室压力影响不大,但对燃烧效率有较大影响。对于单喷嘴喷注器,燃烧效率随着混合比的增加而增高。相同条件下,增大扩张角及出口层宽度有利于提高喷注器燃烧效率,但会引起喷注面板热载增大,各喷注器喷注面板均产生不同程度的变形或失效。该结果对于正确指导层板式喷注器的设计以及筛选喷注器结构具有重要意义。     

嵌银丝贫氧推进剂燃烧特性

采用试验发动机法 ,对嵌银丝铝镁贫氧推进剂的燃烧特性进行了研究 ,得到了低压下嵌银丝铝镁贫氧推进剂的燃烧规律 ,研究了银丝直径和贫氧推进剂配方对嵌银丝发动机燃速的影响。结果表明 ,嵌银丝贫氧推进剂的燃烧过程由初始工作段、稳定工作段和结束段组成 ;采用较粗的银丝 (0 3mm和0 4mm)可以显著提高贫氧推进剂的燃速 ;提高贫氧推进剂的基础燃速也是提高嵌银丝贫氧推进剂燃速的有效方法之一。     

Controllable combustion behaviors of the laser-controlled solid propellant

Microsatellites have been widely applied in the fields of communication,remote sensing,navigation and science exploration due to its characteristics of low cost,flexible launch mode and short development period.However,conventional solid-propellant have difficulties in starting and interrupting combustion because combustion is autonomously sustained after ignition.Herein,we proposed a new type of solid-propellant named laser-controlled solid propellant,which is sensitive to laser irradiation and can be started or interrupted by switching on/off the continuous wave laser.To demonstrate the feasibility and investigate the controllable combustion behaviors under different laser on/off conditions,the combus-tion parameters including burning rate,ignition delay time and platform pressure were tested using pressure sensor,high-speed camera and thermographic camera.The results showed that the increase of laser-on or laser-off duration both will lead to the decrease of propellant combustion performance during re-ignition and re-combustion process.This is mainly attributed to the laser attenuation caused by the accumulation of combustion residue and the change of chamber ambient temperature.Simultaneously,the multiple ignition tests revealed that the increased chamber ambient temperature after combustion can make up for the energy loss of laser attenuation and expansion of chamber cavity.However,the laser-controlled combustion performance of solid propellant displayed a decrease trend with the addi-tion of ignition times.Nevertheless,the results still exhibited good laser-controlled agility of laser-controlled solid propellant and manifested its inspiring potential in many aspects of space missions.     

小推力液体火箭发动机燃烧与传热数值仿真研究

针对边区液膜冷却型小推力液体火箭发动机,引入VOF模型模拟冷却液膜,使用数值仿真手段计算了发动机推力室突扩构型对燃烧效率与传热特性的影响.对比可见计算结果是可靠的,计算表明无量纲台阶高度H*从0.111增加到0.222,燃烧效率增加0.35个百分点、燃烧效率随无量纲台阶长度L*增加变化较小、另外传热特性受H*与L*的影响都不大.这表明在扩张型推力室中,燃烧效率下降的主要原因是壁面附近的气态MMH无法与氧化剂有效混合.