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超燃冲压发动机总体方案设计与优化研究

王超  
【摘要】:本文建立了超燃冲压发动机的热力分析方法和系统子模型,形成了超燃冲压发动机总体设计方法,进行了给定任务下的总体方案设计,并对基准方案的内流道进行了优化。 发展了修正的气流推力函数和超燃冲压发动机火用分析方法,进行了基于热力分析的总体参数设计和火用分析,结果表明:1)进气道设计参数中,压缩效率对发动机性能十分关键;相对于燃烧室阻力而言,燃烧效率对发动机性能影响更大;尾喷管膨胀效率和喷管出口压力均严重影响发动机性能,其中尾喷管出口压力的选择应在发动机推进性能和几何尺寸间取折衷;2)在等压燃烧假设下,存在进气道最佳出口温度,但其对发动机性能影响不大;3)整个系统的最大损失是排气损失,燃烧过程是内流道中主要的损失来源。 研究了超燃冲压发动机总体设计参数体系与耦合关系、以及超燃冲压发动机设计流程,建立了进气道分析模型、发动机准一维分析模型,供应系统模型和发动机系统质量模型。应用建立的模型设计了超燃冲压发动机总体方案,设计了内流道、供应系统,进行了发动机质量估算。针对燃烧室的燃烧释热,研究了裂解气成分、型面变化和喷注对燃烧释热的影响。 采用模拟退火方法对内流道进行了优化,取得了超燃模态下推力大幅提高的结果。结合火用分析方法,研究并对比分析了基准/优化构型的沿流向的一维火用、火用损分布,结果表明:1)与基准构型相比,推力有了较大提升;2)优化的构型是通过增强进气道/隔离段压缩、后移和均匀地分布喷注位置、配合燃烧室型面变化来实现大当量比下超声速燃烧;3)内流道火用损主要集中在主燃烧释热区域。


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