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固体燃料超燃冲压发动机内流场研究

杨明  
【摘要】:固体燃料超燃冲压发动机具有结构简单、可靠性高、容易长期贮存、需要时可以快速投入使用等优点,在高超声速飞行器上具有很高的应用价值。而作为超燃冲压发动机关键部件的进气道对发动机的总体性能具有关键性的影响。近年来各种曲面压缩内收缩式进气道以其较高的性能逐渐受到各国的广泛关注,并成为高超声速进气道一个新的发展方向。本文对固体燃料超燃冲压发动机内流场进行了计算分析研究,主要包括以下两个部分: 第一,基于高超声速内收缩进气道的一种新型基准流场设计方法,研究了压力梯度可控的内收缩进气道设计过程,分析了升压规律系数等设计参数对基准流场特性的影响;获得了三种典型的沿程升压规律基准流场的流场特性,并对这三种升压梯度基准流场的三维压缩进气道模型进行了数值模拟,分析了流场特性,得出了三种进气道模型的性能优劣,结果显示等压力梯度进气道是一种较为合适的折衷方案;另外通过数值分析探索了切唇口对内收缩进气道流场性能的影响,得出结论是适当的对三维进气道模型进行切唇口的操作,可以改善进气道的工作和启动性能。 第二,针对文献中的固体燃料超燃冲压发动机的实验,采用其试验中的发动机模型,利用固体燃料超燃冲压发动机燃烧室内燃烧流动的数学模型,使用PMMA固体燃料,考虑简化的多步反应,选用EDM燃烧模型和标准k-ε湍流模型对该发动机的燃烧室进行了数值模拟并分析其流场特征。数值计算结果显示固体燃料超燃冲压发动机燃烧室的流场特性包括马赫数分布、压力分布和温度分布等均与理论以及实验结果较为吻合,沿轴向壁面压力分布与实验测量结果基本一致,燃料退移速率与实验数据有一定的差距但其数据分布趋势近似;研究结果表明本文所建立的数值计算模型基本合理,对固体燃料超燃冲压发动机的研究具有一定参考价值。


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