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。     

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。     

喷注方式对双模态冲压发动机燃烧稳定性的影响

在模拟飞行马赫数Ma=4的直连式试验设备基础上,采用固定几何双模态冲压发动机燃烧室构型,使用液体煤油作为燃料,并用火炬式点火器点火,研究不同喷注方式下的火焰稳定性。试验研究表明:在加热器来流总温、总压较低的条件下,火焰稳定较难实现;煤油喷注方式对双模态冲压发动机燃烧室内燃烧稳定性影响很大。     

基于环形燃烧室结构的燃气发生器设计与仿真北大核心

为有效解决高能化学激光器压力恢复系统无法实现小型化及机动性能等问题,提出了以高温气源替代常温空气作为引射气源的方案,并设计了一种基于航空发动机环形燃烧室结构的空气/酒精燃气发生器。采用CFD计算软件开展了燃气发生器的流场仿真计算,获取了燃气发生器冷态及燃烧工况下的速度、压力与温度场,并将部分仿真计算结果与理论计算及试验值进行了对比。研究表明:燃气发生器设计合理,扩压器及二股腔道转接处无气流分离,帽罩处无溢流现象;主燃区回流区明显,且尺度适中,有利于组织燃烧,并有效指导了高能电火装置的位置布局;空气流量配比合理,主燃孔及掺混孔的射流深度满足燃烧及掺混要求;燃烧室总压恢复系数达到96.7%,燃烧效率实现98.4%,实现了高效燃烧;此外,相同工况下的理论计算值及试验结果验证了数值计算方法的合理可行性。     

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.     

在翼航空发动机性能数字孪生建模方法

由于在翼发动机的运行环境和使用条件多变,发动机多运行在非设计状态,基于试车数据的稳态性能模型难以反映发动机运行的真实状况,鉴于此,提出了基于发动机在翼状态数据的性能模型修正方法,通过循环迭代计算的设计点性能匹配和特性图缩放和特性图参数寻优的非设计点性能匹配,借助GasTurb软件构建了某型CFM56-7B发动机在翼性能数字孪生模型,模型全工况多参数预测误差小于2.67%,验证了该方法的有效性和实用性。     

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。     

用随机仿真方法验证液体火箭发动机静特性数学模型

以某泵压式液体火箭发动机为研究对象，用试车数据对发动机静特性数学模型进行了验证，在验证模型时既考虑了外部干扰因素的实际测量误差范围和内部干扰因素的实际变化范围，又考虑了发动机参数实测量的误差范围，并且使用了随机仿真的方法。验证结果表明，发动机静特性的非线性数学模型是足够准确的，所用的计算方法是合理的。     

溅板式层板喷注单元燃烧特性数值分析

为了获得喷注单元结构参数对喷注器燃烧特性的影响规律,利用数值分析方法对单喷嘴溅板式层板喷注单元气-气燃烧特性进行研究,考察燃烧室特征长度及出口层喷嘴宽度对气氧/甲烷流动及燃烧特性的影响。在求解气-气燃烧流场方面,采用带化学反应的湍流N-S方程进行描述,其中化学动力学反应模型采用简化的单步9组分模型。研究结果表明:燃烧室特征长度的增大有利于特征速度效率的增加;该条件下采用溅板式层板喷注单元所对应的燃烧室特征长度约为600 mm。对比分析发现,出口层喷嘴宽度取0.15 mm时,水组分摩尔分数与热力计算值差别最大;当其值取1.05 mm时,燃烧室头部区域截面温度上升最快,取0.45 mm时上升最慢。总的来说,出口层喷嘴宽度取0.75 mm时,燃烧长度最短,燃烧效率最大。     

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。     

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。     

基于聚类主成分分析法的变压器参数关联度评估

为了有效管理和监测电力变压器的健康状态,在对变压器正常运行的海量数据进行分析的基础上,构建变压器参数关联度评估方法。首先,为了对变压器运行参数进行参数分类定性,基于系统聚类的方法构建变压器参数样本分类流程算法,并设计了相应的流程图;然后,通过引入聚类以及主成分分析方法,建立基于聚类的主成分分析的变压器主要影响参数关联度评估模型;最后通过潼南电力局实际运行数据验证模型的可靠性和有效性,准确分析了变压器运行参数之间的定量关系,可以为变压器故障预测研究提供重要依据。     

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。     

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。     

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.     

液氧/煤油推进剂液体火箭发动机循环动力平衡分析

本文对以液氧/煤油为推进剂的发生器循环和分级燃烧循环方案进行了分析,求出了各种循环方案的最大室压,给出了室压、推力、燃烧室混合比和喷管出口直径对发动机比冲和系统平衡参数的影响,并探讨了平衡参数对效率、涡轮压比和发生器(或预燃室)混合比等设许参数变化的敏感性     

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。     

变推力火箭发动机控制回路系统动特性分析

本文对研究中的变推力火箭发动机控制回路系统现行方案的动特性进行了初步分析。为此,文中利用试验结果和运用等效处理方法建立了该系统各主要环节的数学描述,进而给出整个系统的分析模型和脉冲传递函数。并通过计算分析了系统中诸设计参数对稳定性、静差和时间响应的影响。为了使分析建立在可靠的初始数据的基础上,文章最后对获得这些数据的试验方法作了简略说明。     

改进燃烧室形状以降低汽油机的排气污染

分隔汽油机燃烧室,使装有火花塞的副燃烧室供给浓混合气,主燃烧室供给稀混合气,利用分层进气实现稀薄燃烧,可节省能源,降低排气污染。     

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。