【摘要】：爆震燃燒具有燃燒速度快、熱效率高等優(yōu)點,且具有增壓效果,可以減少傳統(tǒng)渦輪發(fā)動機(jī)中壓氣機(jī)的級數(shù),使發(fā)動機(jī)長度更短、結(jié)構(gòu)更簡單。又由于其可以在貧油狀態(tài)下穩(wěn)定工作,可以減少污染物的排放。但是,旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室應(yīng)用于渦輪發(fā)動機(jī)上還存在一些技術(shù)上的難題。旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室中的爆震波會在上游產(chǎn)生斜激波,如果上游與壓氣機(jī)直接相連必然會影響壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作。因此,對旋轉(zhuǎn)爆震波的逆向壓力傳導(dǎo)特性的研究對旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室的應(yīng)用具有重要意義。首先,對旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室進(jìn)行簡化,采用開縫式彎管對爆震波的逆向壓力傳導(dǎo)特性進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)爆震波上游的壓力波動不是單純的由于爆震波側(cè)向膨脹引起的斜激波所導(dǎo)致,爆震波及其反射激波后高壓區(qū)膨脹都會引起環(huán)縫內(nèi)的壓力震蕩。激波在環(huán)縫內(nèi)的反射、相交會導(dǎo)致壓力峰值在第一道斜激波后壓力的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高。且內(nèi)側(cè)開縫時環(huán)縫內(nèi)高壓區(qū)域范圍更大。對不同半徑及寬度的開縫彎管研究發(fā)現(xiàn),增加旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室半徑及減小通道寬度都會減小爆震波和反射激波與內(nèi)外壁的夾角,從而減小反射激波強(qiáng)度,使上游環(huán)縫內(nèi)的最高壓力峰值減小。其次,對開縫平板的消波機(jī)理和在RDC中的應(yīng)用效果進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)開縫角度越大,縫內(nèi)激波受到的膨脹作用效果越明顯,構(gòu)成透射激波的扇形激波面受到縫出口的膨脹作用也更大,透射激波強(qiáng)度越小。在規(guī)則反射的情況下,150°開縫的平板也可以使透射激波強(qiáng)度減小35%。入射激波強(qiáng)度增加后,板后的高馬赫數(shù)膨脹區(qū)范圍增加,透射激波強(qiáng)度減小,消波效果更強(qiáng)。對開縫平板幾何構(gòu)型對消波效果的影響進(jìn)行了研究,增加平板厚度和減小開孔率都有助于減小透射激波強(qiáng)度,但是與改變開縫角度導(dǎo)致的透射激波強(qiáng)度變化幅度相比,在本文計算工況下透射激波強(qiáng)度變化較小。將消波效果較好的150°開縫平板置于旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室上游的集氣腔內(nèi),對爆震波逆向壓力傳導(dǎo)特性進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)開縫平板與激波作用的流場與簡化的模型作用結(jié)果相近,斜激波經(jīng)過消波平板以后壓力波動幅度減小了76.2%。最后,對旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室各個參數(shù)的設(shè)計準(zhǔn)則進(jìn)行了總結(jié)。引入流量系數(shù)的概念,并對氧化劑和燃料的流量系數(shù)大小進(jìn)行了計算,最后根據(jù)氧化劑、燃料集氣腔的經(jīng)驗壓比和流量系數(shù)得到兩者噴注面積比的計算公式。為測量得到旋轉(zhuǎn)爆震波上游斜激波的強(qiáng)度,根據(jù)斜激波理論設(shè)計了斜激波強(qiáng)度測量方案。對旋轉(zhuǎn)爆震實驗系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計,包括供氣系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、數(shù)據(jù)測量和采集系統(tǒng),并已完成試驗件的加工和試驗臺的搭建。
【圖文】：

使用普通化學(xué)燃料作為能源的各類發(fā)動機(jī)，燃料的燃燒形式有爆燃和爆震兩種。而目前幾乎所有的航空、航天發(fā)動機(jī)都采用傳統(tǒng)的爆燃形式，經(jīng)過數(shù)百年的研究和優(yōu)化，這些發(fā)動機(jī)的效率都已基本達(dá)到極限。傳統(tǒng)的等壓燃燒為理想的布雷頓循環(huán)（Brayton Cycles），而爆震的循環(huán)過程則為漢弗萊循環(huán)（Humphrey cycles），熱后者具擁有更高的熱效率。采用爆震燃燒形式的發(fā)動機(jī)主要有三種形式：脈沖爆震、斜爆震和旋轉(zhuǎn)爆震。國內(nèi)外針對脈沖爆震開展的相關(guān)研究較多，其結(jié)構(gòu)相對簡單，工作范圍較寬，，比沖很高，目前無論國內(nèi)還是國外都取得了一定的研究成果。但從研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于脈沖爆震是非連續(xù)地工作，需要多次重復(fù)地對其點火起爆，并且工作頻率受到很大的限制，發(fā)動機(jī)平均推力不高，導(dǎo)致實際應(yīng)用受阻。上世紀(jì)六十年代初，voitsekhovskii[1]就提出了旋轉(zhuǎn)爆震的概念。Mikhailov[2]討論了旋轉(zhuǎn)爆震理論上的波系結(jié)構(gòu)，但最終沒能實現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震。一直到八十年代，Bykovskii[3][4][5]等才使用氣態(tài)和液態(tài)的推進(jìn)劑，實現(xiàn)了爆震波的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，并對此現(xiàn)象開展了實驗研究。由于旋轉(zhuǎn)爆震燃燒的諸多優(yōu)點，可預(yù)見的應(yīng)用方向有火箭發(fā)動機(jī)、沖壓發(fā)動機(jī)燃燒室和旋轉(zhuǎn)爆震渦輪噴氣發(fā)動機(jī)燃燒室，如圖 1.1 所示。

圖 1. 2 不同的燃料噴注形式ijay Anand[11]對總的燃料噴注面積一定，改變越小，爆震波工作越穩(wěn)定、傳播速度和頻率震燃燒室的影響爆震波壓力峰值和頻率來流壓力、工作范圍頻率：國防科技大學(xué)的王超[14]通過改變外 4 所示。隨著寬度增加頻率減小，壓力峰值
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V231.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 陳潔;王棟;馬虎;刁吉陽;于棟梁;;軸向長度對旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機(jī)的影響[J];航空動力學(xué)報;2013年04期

2 馬虎;封鋒;武曉松;王棟;余陵;;壓力條件對旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機(jī)的影響[J];彈道學(xué)報;2012年04期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 周朱林;受側(cè)向膨脹影響的爆震波傳播過程及自持機(jī)理研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

本文編號：2616675