本文關(guān)鍵詞：超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃料前噴技術(shù)研究

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【摘要】：超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)作為高超聲速飛行器的核心部件,近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。然而超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升還面臨諸多技術(shù)難題和困難,本文重點(diǎn)調(diào)研和分析了熱防護(hù)、燃燒的主要問(wèn)題、激波邊界層分離對(duì)隔離段性能的影響和隔離段內(nèi)的摩擦阻力四方面�；诶硐氲腂rayton循環(huán),通過(guò)建立隔離段內(nèi)提前噴射燃料、燃燒過(guò)程和膨脹過(guò)程的控制方程組,在Matlab中構(gòu)建能夠描述帶前噴發(fā)動(dòng)機(jī)性能的程序。在隔離段內(nèi)噴射燃料(或水蒸氣),假設(shè)這部分燃料不燃燒,由于降低了燃燒室進(jìn)口溫度,在給定燃燒室出口最大溫度時(shí),也就增大了燃燒室噴射燃料的潛力和工質(zhì)的流量,提高了發(fā)動(dòng)機(jī)比推力,但會(huì)降低燃料經(jīng)濟(jì)性。由于前噴燃料量較小,并且甲烷與水蒸氣具有相似性(相對(duì)分子質(zhì)量和定壓比熱容相近),所以前噴甲烷與水蒸氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響相近�？紤]到前噴燃料對(duì)隔離段分離區(qū)吹除、壁面的隔熱作用、減阻和抗反壓能力的影響,在Fluent中進(jìn)行冷態(tài)數(shù)值仿真,重點(diǎn)研究前噴的氣動(dòng)性能。分析了影響前噴效果發(fā)揮的不同噴射方案,探究了不同方案下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)上述方面的影響。定義了發(fā)動(dòng)機(jī)的摻混效率、總壓恢復(fù)系數(shù)和隔離段出口氣流不均勻度。結(jié)果表明,一方面,小角度小當(dāng)量比即可吹除分離區(qū),噴射對(duì)于提高隔離段壁面熱防護(hù)能力效果顯著,即使是大當(dāng)量比噴射,在隔離段出口摻混也能達(dá)到較高水平,此外,噴射加重了隔離段出口氣流壓力不均勻性,對(duì)溫度不均勻性影響較小,改善了馬赫數(shù)的不均勻性,有利于組織燃燒,大當(dāng)量比中等角度噴射對(duì)抗反壓能力也有一定的提高。另一方面,前噴增加了隔離段的總壓損失,噴射位置在隔離段前半部分是,中等當(dāng)量比垂直噴射將會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣道不起動(dòng)�？傊�,從冷態(tài)前噴的氣動(dòng)性能看,隔離段內(nèi)提前噴射燃料的利大于弊。分析了前噴情況下的燃燒性能。固定發(fā)動(dòng)機(jī)總當(dāng)量比,探究了無(wú)前噴時(shí)的不同支板/后壁面噴油比例的性能,在此基礎(chǔ)上,分析了小當(dāng)量比前壁面噴油、不同噴油位置和塔橋結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率、摩擦阻力和反壓前傳等的影響,結(jié)果表明,小當(dāng)量比前噴可以提高燃燒效率、降低摩擦阻力,并且在分擔(dān)支板部分噴油時(shí),可以有效控制壓力前傳;再增大當(dāng)量比后,前壁面噴油替代支板變?yōu)閴毫η皞鞯闹鲗?dǎo)因素;合理的塔橋尺寸和安放位置可以有效抑制壓力前傳,但是卻降低了燃燒效率,并且在前壁面大當(dāng)量噴射情況下會(huì)失效。
【關(guān)鍵詞】：超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī) 燃料前噴 冷卻 摻混 燃燒效率
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V235.21
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 本文研究背景10-13
• 1.1.1 高超聲速技術(shù)及超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)10
• 1.1.2 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升面臨的一些挑戰(zhàn)10-13
• 1.2 本課題的研究意義13-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-21
• 1.3.1 進(jìn)氣道內(nèi)的燃料噴注15-17
• 1.3.2 隔離段內(nèi)燃料前噴的實(shí)驗(yàn)研究17-19
• 1.3.3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀19
• 1.3.4 研究現(xiàn)狀小結(jié)19-21
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排21-22
• 第2章 燃料前噴的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能理想分析22-30
• 2.1 引言22
• 2.2 燃料前噴的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)熱力過(guò)程分析22-24
• 2.3 燃料前噴對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響分析24-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 燃料前噴發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)流場(chǎng)數(shù)值模擬研究30-67
• 3.1 引言30
• 3.2 數(shù)值模擬方法及噴射方案分析30-34
• 3.2.1 物理模型及數(shù)值模擬方法30-31
• 3.2.2 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證31-32
• 3.2.3 數(shù)值模擬方法驗(yàn)證32-34
• 3.2.4 噴射方案分析34
• 3.3 燃料前噴吹除效果分析34-39
• 3.3.1 隔離段性能及流場(chǎng)品質(zhì)評(píng)價(jià)方法34-36
• 3.3.2 燃料前噴對(duì)隔離段附面層吹除分析36-39
• 3.4 燃料前噴減阻效果影響分析39-46
• 3.4.1 噴射位置對(duì)減阻效果的影響39-42
• 3.4.2 噴射孔徑對(duì)減阻效果的影響42-43
• 3.4.3 噴射角度對(duì)減阻效果的影響43-44
• 3.4.4 噴射當(dāng)量比對(duì)減阻效果的影響44-45
• 3.4.5 單雙側(cè)噴射對(duì)減阻效果的影響45-46
• 3.5 燃料前噴對(duì)隔離段壁面的冷卻性能影響分析46-50
• 3.5.1 噴射位置對(duì)冷卻性能的影響46-47
• 3.5.2 噴射孔徑對(duì)冷卻性能的影響47
• 3.5.3 噴射角度對(duì)冷卻性能的影響47-48
• 3.5.4 噴射當(dāng)量比對(duì)冷卻性能的影響48-50
• 3.5.5 單雙側(cè)噴射對(duì)冷卻性能的影響50
• 3.6 燃料前噴對(duì)隔離段摻混性能影響分析50-54
• 3.6.1 噴射位置對(duì)摻混效率的影響50-51
• 3.6.2 噴射孔徑對(duì)摻混效率的影響51-52
• 3.6.3 噴射角度對(duì)摻混效率的影響52-53
• 3.6.4 噴射當(dāng)量比對(duì)摻混效率的影響53-54
• 3.6.5 單雙側(cè)噴射對(duì)摻混效率的影響54
• 3.7 燃料前噴對(duì)隔離段出口氣流不均勻度的影響分析54-61
• 3.7.1 噴射位置對(duì)出口氣流不均勻度的影響54-56
• 3.7.2 噴射孔徑對(duì)出口氣流不均勻度的影響56-57
• 3.7.3 噴射角度對(duì)出口氣流不均勻度的影響57-58
• 3.7.4 噴射當(dāng)量比對(duì)出口氣流不均勻度的影響58-60
• 3.7.5 單雙側(cè)噴射對(duì)出口氣流不均勻度的影響60-61
• 3.8 燃料前噴對(duì)隔離段抗反壓能力影響的分析61-65
• 3.9 本章小結(jié)65-67
• 第4章 燃料前噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒流場(chǎng)數(shù)值模擬研究67-92
• 4.1 引言67
• 4.2 模型簡(jiǎn)介及冷態(tài)流場(chǎng)數(shù)值模擬67-70
• 4.2.1 模型介紹及燃燒效率定義67-69
• 4.2.2 冷態(tài)數(shù)值仿真結(jié)果69-70
• 4.3 支板/后壁面噴油比例對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響70-74
• 4.4 不同前壁面/支板/后壁面噴油比例對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響74-84
• 4.4.1 前壁面小當(dāng)量比下變噴射角度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響74-77
• 4.4.2 前壁面噴射當(dāng)量比極限的分析77-81
• 4.4.3 前壁面噴射位置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響81-84
• 4.5 塔橋結(jié)構(gòu)對(duì)反壓前傳的影響研究84-91
• 4.5.1 塔橋位置對(duì)反壓前傳的影響研究84-88
• 4.5.2 塔橋結(jié)構(gòu)抑制反壓前傳的極限噴射量初步研究88-91
• 4.6 本章小結(jié)91-92
• 結(jié)論92-94
• 參考文獻(xiàn)94-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果98-100
• 致謝100

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本文編號(hào)：1095856