空气深度预冷组合循环发动机吸气式模态建模及性能分析

针对空气深度预冷组合循环发动机——协同吸气式火箭发动机(Synergistic Air-Breathing Rocket Engine,SABRE),采用部件法对其进行建模,匹配计算得到吸气式模态下飞行走廊内其性能参数变化规律,并研究其高度速度特性。计算模型可信度较高,推力误差小于6%,能够较为准确地模拟SABRE吸气式模态的性能参数。结果表明:SABRE兼具火箭发动机大推力和航空发动机高比冲的特点,吸气式模态下比冲介于21 300~27 380 m/s,随着高度速度的增大,其推力比冲先增大后减小;SABRE利用预冷器将入口空气温度降低,可使其空域速域拓宽至25 km、5Ma,满足高超声速飞行的动力需求;发动机速度下限由压气机最大流量决定,速度上限则由氦气回路减压器工作限制条件决定。     

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。     

多喷嘴超声速引射器压力匹配性能试验研究

建立了多喷嘴超声速引射器试验台,采用燃气作为一、二次流驱动工质对多喷嘴超声速引射器进行了试验研究,重点考察了引射器的压力匹配问题。试验结果表明:一次流总压越低,引射喷嘴出口压力越低,与二次流压力匹配越容易;二次流总压越低,保持压力匹配对引射器的要求越高;二次流总温对压力匹配基本无影响。     

三组元喷嘴混合特性的试验研究

本文对四种类型的气氢／液氧／煤油三组元喷嘴进行了混合特性试验, 研究了内喷嘴的缩进长度对同轴离心外混式喷嘴混合特性的影响, 对比了相同的三组元工况下各喷嘴的混合特性, 分析了喷嘴结构对混合特性的影响, 进行了单喷嘴和三喷嘴的混合特性试验, 试验结果表明： 在相同的三组元工况下, 同轴直流式喷嘴的流强分布跨度比同轴离心式喷嘴小。所得结论对三组元喷嘴和气液同轴式喷嘴的优化设计有参考价值。     

低温流量控制系统试验研究

低温可调汽蚀文氏管是低温流量控制系统的关键部件,本文选用步进电机控制调节针锥的位移。通过大量冷态试验,在大范围变化工况、变化喉部面积及变化背压条件下,利用水对低温流量控制系统进行研究,得到了流量系数、压力恢复系数的变化规律。利用液氧标定,对冷态试验结果进行修正。并将低温流量控制系统用于三组元模型发动机热态试验中,成功实现了流量调节和工况转换。     

姿控发动机布局方式优化分析

在液体推进剂动力系统质量模型的基础上,针对采用双组元推进剂和挤压式输送系统的小推力空间飞行器姿控发动机,在控制总冲量和总冲量矩相同的情况下,对动力系统总质量最轻的姿控发动机最优布局方式进行了优化分析     

激波对超声速流中横向射流的影响

为了揭示激波对超声速流中横向射流的影响,在超声速流中利用长9mm、坡度为23°的斜坡产生激波。组合利用高速摄影仪和纹影仪拍摄激波入射在气体和液体射流的不同位置,以及相同位置不同喷注压降时的流场纹影和阴影图像。结果表明,激波对气体和液体横向射流的影响基本相同,都表现为入射激波增强了湍流度,扩大了燃料空间发展区域,增强了与主流的混合,激波入射在射流的前部比射流的后部影响大。     

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.     

基于多方法协作优化方法的非壅塞式固体火箭冲压发动机导弹一体化优化设计

固体火箭冲压发动机和导弹性能相互之间紧密耦合。从导弹总体方案设计阶段引入一体化设计思想,能充分发挥和协调好固体火箭冲压发动机和导弹的性能,提高了导弹的总体设计水平。采用基于遗传算法、Powell法和模式搜索法的多方法协作优化方法进行了以非壅塞式固体火箭冲压发动机为动力的导弹总体一体化优化设计。算例表明,采用该多方法协作优化方法进行一体化优化设计,可以协调导弹的总体参数,提高导弹的总体性能。     

超声速流中凹腔交错布置流场研究

利用高速摄影仪和纹影仪,对超声速流中两凹腔火焰稳定器交错布置的流场结构进行了实验研究.结果表明,凹腔间相互作用主要体现为激波的相互作用,两凹腔间波系相互作用,使各自流场结构发生变化;两相同短凹腔或长凹腔交错布置,凹腔各自波系增强;短凹腔和长凹腔交错布置,各自波系都减弱.