【摘要】：固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)(Solid Fuel Ramjet,SFRJ)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、比沖高、使用安全等優(yōu)點(diǎn),是一種具有廣闊應(yīng)用前景的動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)。旋流進(jìn)氣技術(shù)的應(yīng)用可以增強(qiáng)固體燃料熱解產(chǎn)物與來(lái)流空氣的摻混,提高燃燒效率和燃速。固體燃料中添加炭黑可以提高火焰對(duì)燃燒表面的熱反饋強(qiáng)度,增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真相結(jié)合的方法,研究了旋流對(duì)含炭黑固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能的影響。(1)設(shè)計(jì)并加工了炭黑-聚乙烯固體燃料加工模具,該裝置的特點(diǎn)是能夠避免炭黑-聚乙烯固體燃料在冷卻過(guò)程形成縮孔,保證固體燃料質(zhì)量,而且該裝置還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作等特點(diǎn)。(2)通過(guò)激光點(diǎn)火實(shí)驗(yàn),研究了不同環(huán)境壓強(qiáng)下炭黑含量對(duì)聚乙烯固體燃料點(diǎn)火和燃燒性能的影響。結(jié)果表明,固體燃料聚乙烯點(diǎn)火過(guò)程為典型的氣相點(diǎn)火,燃燒火焰屬擴(kuò)散火焰。點(diǎn)火延遲時(shí)間隨著炭黑的加入急劇縮短,當(dāng)炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20%時(shí),炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加對(duì)點(diǎn)火延遲時(shí)間的影響很小。點(diǎn)火延遲時(shí)間隨著環(huán)境壓強(qiáng)的增加縮短,當(dāng)環(huán)境壓強(qiáng)大于0.2MPa時(shí),環(huán)境壓強(qiáng)的增加對(duì)點(diǎn)火延遲時(shí)間的影響很小。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采用最小二乘法,擬合得到了環(huán)境壓強(qiáng)為0.1～0.5MPa時(shí)點(diǎn)火延遲時(shí)間與炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的函數(shù)關(guān)系式。固體燃料的燃速隨炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減小,隨壓強(qiáng)的增大而增大,當(dāng)炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%時(shí),炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響固體燃料燃速的主要因素。(3)通過(guò)地面直連式固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn),研究了不同來(lái)流進(jìn)氣方式情況下炭黑對(duì)SFRJ燃燒性能的影響。結(jié)果表明,聚乙烯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的炭黑,改變了聚乙烯的初始點(diǎn)火特性,可以有效提高固體燃料的燃燒穩(wěn)定性、燃速、特征速度和推力,而且在旋流進(jìn)氣情況下提高效果更佳明顯。隨著來(lái)流旋流強(qiáng)度的增強(qiáng),提高了固體燃料的燃速和燃燒穩(wěn)定性,但是這會(huì)導(dǎo)致回流區(qū)長(zhǎng)度縮短,在一定程度上降低了火焰的穩(wěn)定性。隨著突擴(kuò)臺(tái)階高度的增大,提高了燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率,但燃?xì)馔ǖ烂娣e也隨之增大,固體燃料平均燃速的降低。(4)應(yīng)用流體計(jì)算軟件Fluent,對(duì)不同來(lái)流進(jìn)氣方式情況下炭黑對(duì)SFRJ燃燒性能的影響進(jìn)行了數(shù)值仿真研究。結(jié)果表明,旋流進(jìn)氣方式的引入,有助于熱解產(chǎn)物與來(lái)流空氣的摻混,提高炭黑的燃燒效率,回流區(qū)高溫火焰更加貼近固體燃料燃面。但是回流區(qū)長(zhǎng)度縮短,附著點(diǎn)后的高溫火焰離固體燃料燃面更遠(yuǎn)。隨著炭黑的加入,高溫火焰更加靠近固體燃料燃面,說(shuō)明炭黑的加入可以提高燃燒的穩(wěn)定性。旋流進(jìn)氣工況固體燃料燃面有大量的炭顆粒積聚,在噴管收斂段有較少的炭顆粒積聚。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V435;V235.21
【圖文】：

逡逑目前，普遍使用的動(dòng)力裝置有固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)逡逑動(dòng)機(jī)，主要?jiǎng)恿ρb置性能比較如圖１．１所示。對(duì)于沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)使用燃料的類型，逡逑可分為固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和液體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)具有比逡逑沖高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、增程效率高及經(jīng)濟(jì)效益好等一系列的優(yōu)點(diǎn)，而且能極大限逡逑度滿足飛航導(dǎo)彈發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間短、打擊距離遠(yuǎn)的技戰(zhàn)術(shù)需求，被認(rèn)為是新一代飛航導(dǎo)彈逡逑的優(yōu)選動(dòng)力裝置，成為各個(gè)國(guó)家競(jìng)相研究的對(duì)象。逡逑１邋８０００邐Ｈｙｄｒｏｇｅｎ邋Ｆｕｅｌ逡逑心邋？邐Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ邋Ｆｕｅｌ逡逑0邋６０００逡逑Ｔｕｒｂｏｊｅｔｓ逡逑0－逡逑４０００邐Ｒａｈ．／邋ｔｓ逡逑善邐Ｔｕｒｔｘ＞ｊｅｌｓ逡逑２０００逡逑Ｒａｍ｜ｅ１ｔ逡逑§邐－邐Ｓｃｆａｍ｜ｅｔｔ逡逑0邋１邋ｉ邋ｉ邋ｉ邐ｉ邋ｊ邋ｉ邋ｌ邋ｉ邋ｉ邋ｉ逡逑０邋１０邋２０逡逑Ｆｌｉｇｈｔ邋Ｍａｃｈ邋Ｎｕｍｂｅｒ逡逑圖１．１推進(jìn)裝置性能比較逡逑固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（Ｓｏｌｉｄ邋Ｆｕｅｌ邋Ｒａｍｊｅｔ，ＳＦＲＪ）主要由中心錐、進(jìn)氣道、燃燒室、逡逑點(diǎn)火器、火焰穩(wěn)定器、固體燃料、摻混版、補(bǔ)燃室和噴管組成

逡逑目前，普遍使用的動(dòng)力裝置有固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)逡逑動(dòng)機(jī)，主要?jiǎng)恿ρb置性能比較如圖１．１所示。對(duì)于沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)使用燃料的類型，逡逑可分為固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和液體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)具有比逡逑沖高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、增程效率高及經(jīng)濟(jì)效益好等一系列的優(yōu)點(diǎn)，而且能極大限逡逑度滿足飛航導(dǎo)彈發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間短、打擊距離遠(yuǎn)的技戰(zhàn)術(shù)需求，被認(rèn)為是新一代飛航導(dǎo)彈逡逑的優(yōu)選動(dòng)力裝置，成為各個(gè)國(guó)家競(jìng)相研究的對(duì)象。逡逑１邋８０００邐Ｈｙｄｒｏｇｅｎ邋Ｆｕｅｌ逡逑心邋？邐Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ邋Ｆｕｅｌ逡逑0邋６０００逡逑Ｔｕｒｂｏｊｅｔｓ逡逑0－逡逑４０００邐Ｒａｈ．／邋ｔｓ逡逑善邐Ｔｕｒｔｘ＞ｊｅｌｓ逡逑２０００逡逑Ｒａｍ｜ｅ１ｔ逡逑§邐－邐Ｓｃｆａｍ｜ｅｔｔ逡逑0邋１邋ｉ邋ｉ邋ｉ邐ｉ邋ｊ邋ｉ邋ｌ邋ｉ邋ｉ邋ｉ逡逑０邋１０邋２０逡逑Ｆｌｉｇｈｔ邋Ｍａｃｈ邋Ｎｕｍｂｅｒ逡逑圖１．１推進(jìn)裝置性能比較逡逑固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（Ｓｏｌｉｄ邋Ｆｕｅｌ邋Ｒａｍｊｅｔ，ＳＦＲＪ）主要由中心錐、進(jìn)氣道、燃燒室、逡逑點(diǎn)火器、火焰穩(wěn)定器、固體燃料、摻混版、補(bǔ)燃室和噴管組成

在大于５．５Ｍａ時(shí)的巡航飛行試驗(yàn)［３］。逡逑自２０世紀(jì)８０年代起，美國(guó)開始將ＳＦＲＪ技術(shù)應(yīng)用于炮彈增程。１９８４年，美國(guó)陸軍逡逑彈道實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了邋７５＿邋ＳＦＲＪ旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定坦克訓(xùn)練彈的研宄工作。圖１．３是７５＿邋ＳＦＲＪ逡逑旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定彈的結(jié)構(gòu)示意圖。研宄表明，炮彈的高速旋轉(zhuǎn)和飛行速度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作影響逡逑很大。逡逑——邐邐邋＿丨＿邋丨丨W＿邋？邋Ｉ邋－ｎ邋■邋—邋？邋■■邐■邋■邋＿一邋？邋邐邐邐邐？邐—■一－？邋？邋７５ｍｍ逡逑Ｓｏｌｉｄ邋ｆｕｅｌ邐＇逡逑＾邐２６７．７ｍｍ邐＾逡逑圖１．３美國(guó)７５ｍｍ邋ＳＦＲＪ旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定彈逡逑此后，美國(guó)將ＳＦＲＪ應(yīng)用于反坦克增程彈，即“先進(jìn)間接發(fā)射系統(tǒng)”，簡(jiǎn)稱ＡＩＦＳ，逡逑彈徑為２０３ｍｍ，如圖１．４所示。此后，對(duì)此增程彈進(jìn)行了飛行試驗(yàn)，發(fā)射裝置為Ｍ１１０Ａ－２逡逑加農(nóng)炮，其射程為６０ｋｍ［４］［５］。目前，美國(guó)在研的沖壓增程炮彈有１５５＿和１２７ｍｍ兩種，逡逑射程分別可達(dá)到８０ｋｍ和７０ｋｍ。逡逑Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ邐Ｆｉｎ逡逑＾邋．邋ＶｊＳ逡逑＾ＯＢｍｍ邐邐？一—邐邐邐逡逑邐邋４Ｊｋ邋／ｉｒｉｉｋ￣邋￣邋￣邐－邋Ｈ邋＂ｉｉ？逡逑Ｉｎｌｅｔ邐Ｓｏｌｉｄ邋Ｆｕｅｌ邐Ｎｏｚｚｌｅ逡逑』邐２５４８ｍｍ逡逑邐邐邐逡逑圖１．４美國(guó)２０３ｍｍ反坦克增程彈逡逑目前美國(guó)正在研制射程大于３００ｋｍ的巡航飛行超遠(yuǎn)程先進(jìn)炮彈，該彈藥使用火炮進(jìn)逡逑行發(fā)射，當(dāng)彈丸飛行到１０ｋｍ高的彈道頂點(diǎn)時(shí)，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作，進(jìn)入巡航飛行階逡逑段

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2761794