發(fā)布時(shí)間：2020-04-16 04:29

【摘要】：旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室(Rotating Detonation Combustor,簡(jiǎn)稱RDC)替代傳統(tǒng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室,實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)從等壓循環(huán)向爆震循環(huán)的轉(zhuǎn)變,可大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力性能和燃料的利用率�；诖�,關(guān)于RDC應(yīng)用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用的相關(guān)課題受到了科研機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。本文主要通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究了旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室出口流場(chǎng)特性以及其與渦輪的匹配特性。主要進(jìn)行了以下工作:(1)利用二維歐拉方程數(shù)值研究了基于H2/Air燃燒的旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室出口流場(chǎng)特性。對(duì)比分析了燃燒室在不同波頭數(shù)、不同燃燒室軸向長(zhǎng)度和周向長(zhǎng)度以及不同噴注總壓和外界反壓等條件下的出口總壓和總溫特性。通過(guò)研究燃燒室出口總壓脈動(dòng)均值、畸變指數(shù)以及出口溫度分布系數(shù),進(jìn)而分析了燃燒室出口流場(chǎng)的不均勻性。研究表明:三波模態(tài)下燃燒室出口平均總壓脈動(dòng)均值較雙波和單波模態(tài)下小,流場(chǎng)均勻程度較高;當(dāng)量比對(duì)燃燒室出口溫度分布系數(shù)有很大影響,隨著當(dāng)量比的增大,出口溫度分布系數(shù)先增大后減小;此外,波頭數(shù)越多,出口溫度分布系數(shù)越小,其出口溫度場(chǎng)越均勻。當(dāng)量比對(duì)燃燒室增壓比有一定影響,但影響不大,增壓比與波頭數(shù)呈反相關(guān)。燃燒室尺寸對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)出口流場(chǎng)的不均勻性有很大影響,隨著燃燒室軸向長(zhǎng)度的增大或周向尺寸的減小,其出口總壓脈動(dòng)均值、畸變指數(shù)和出口溫度分布系數(shù)均會(huì)減小,出口流場(chǎng)均勻性提高。壓力條件對(duì)燃燒室出口流場(chǎng)特性有一定影響,隨著噴注總壓的增加,出口總壓脈動(dòng)均值、畸變指數(shù)以及溫度分布系數(shù)均逐漸增大,流場(chǎng)的均勻性變差;外界反壓對(duì)出口流場(chǎng)的均勻性影響相對(duì)較小。(2)基于旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室與導(dǎo)向器和渦輪的組合開(kāi)展了旋轉(zhuǎn)爆震波起爆實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)成功起爆了旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室,并且對(duì)比分析了加導(dǎo)向器與未加導(dǎo)向器下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)研究表明:兩種工況條件下,旋轉(zhuǎn)爆震波的傳播速度隨當(dāng)量比的增大,均呈先增大后減小的趨勢(shì);但加導(dǎo)向器后,爆震波傳播速度的相對(duì)偏差先減小后增大,其穩(wěn)定傳播的范圍相對(duì)于未加導(dǎo)向器而言較窄。此外,在導(dǎo)向器前后,存在與燃燒室內(nèi)爆震波頻率一致的振蕩壓力,經(jīng)過(guò)導(dǎo)向器后的振蕩壓力幅值減弱了64%,該振蕩壓力直接進(jìn)入導(dǎo)向器后的渦輪,其對(duì)渦輪的影響相對(duì)于不加導(dǎo)向器而言要小。導(dǎo)向器葉片對(duì)燃燒室出口的振蕩壓力存在反射作用,進(jìn)而影響爆震燃燒室的壓力,其反射激波的路徑與爆震波傳播的方向有關(guān)。通過(guò)進(jìn)一步開(kāi)展旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室和渦輪組合的有關(guān)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室和渦輪組合方案的可行性,研究發(fā)現(xiàn):渦輪對(duì)燃燒室內(nèi)氣流速度有一定的影響,加裝渦輪后燃燒室的氣流速度會(huì)變大,這會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的起爆特性。渦輪對(duì)燃燒室壓力也有一定影響;渦輪葉片對(duì)爆震波存在激波反射,不同當(dāng)量比下的激波反射強(qiáng)度不同,隨著當(dāng)量比的增大,爆震波的速度和壓力均呈現(xiàn)增大的趨勢(shì),葉片反射的激波強(qiáng)度也會(huì)有所增大。
【圖文】：

、轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（Ｒｏｔａｔｉｎｇ邋Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ邋Ｅｎｇｉｎｅ，簡(jiǎn)稱ＲＤＥ）正是以這種爆震燃燒推的一種新概念發(fā)動(dòng)機(jī)，它利用爆震波在環(huán)形燃燒室內(nèi)的一端連續(xù)旋轉(zhuǎn)傳播，爆另一端開(kāi)口處高速排出并產(chǎn)生連續(xù)推力。正因?yàn)椋遥模艣](méi)有傳統(tǒng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)子組件，故其具有結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單且研制成本低的特點(diǎn)；此外還具有大比沖、高寬工作范圍等眾多性能優(yōu)勢(shì)，這對(duì)于開(kāi)發(fā)新型高效航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)很有吸引力［１］。逡逑目前，關(guān)于ＲＤＥ的大多數(shù)研宄工作主要集中在用爆震燃燒室直接產(chǎn)生推進(jìn)推力應(yīng)航空、航天以及兵器等推進(jìn)領(lǐng)域。一個(gè)具有創(chuàng)新的想法是將爆震模式的燃燒和渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合形成爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)。旋轉(zhuǎn)爆震渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)作為其中一種創(chuàng)動(dòng)機(jī)已逐漸受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者們的關(guān)注，它以ＲＤＥ的發(fā)展為基礎(chǔ)，將爆震燃燒能壓、燃燒效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)同傳統(tǒng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械功率提取方便的起來(lái)，以提高現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)性能。由于ＲＤＥ進(jìn)排氣過(guò)程基本屬于穩(wěn)態(tài)過(guò)程沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（Ｐｕｌｓｅ邋Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ邋Ｅｎｇｉｎｅ，簡(jiǎn)稱ＰＤＥ）相比，，ＲＤＥ的進(jìn)出口壓力脈；其產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)爆震波對(duì)壓氣機(jī)和渦輪造成沖擊作用比脈沖爆震波引起的沖擊Ｍ，因而ＲＤＥ更適合與渦輪進(jìn)行組合，在降低成本的條件下實(shí)現(xiàn)動(dòng)力裝置高性性的突破。圖Ｕ為旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室與渦輪（渦扇）組合動(dòng)力裝置。逡逑

體燃料能實(shí)現(xiàn)ＲＤＥ的起爆，而對(duì)于液體燃料而言，起爆則相對(duì)困難，但增加其活性可提逡逑高液體燃料的起爆成功率［９］。隨后研宄了預(yù)混氣噴注方式、噴注總壓、質(zhì)量流率、當(dāng)量逡逑比、推進(jìn)劑噴注壓降等因素對(duì)ＲＤＥ的影響。圖１．２為蘇聯(lián)ＬＩＨ的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。逡逑－邋邐邐邐逡逑（ａ）邋Ｈ２／Ａｉｒ爆震波結(jié)構(gòu)邐（ｂ）圓盤(pán)形試驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)果逡逑圖１．２蘇聯(lián)ＬＩＨ的實(shí)驗(yàn)結(jié)果逡逑２逡逑
【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)】：V231.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐雪陽(yáng);武曉松;卓長(zhǎng)飛;馬虎;;旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室摻混特性數(shù)值研究[J];彈道學(xué)報(bào);2015年03期

2 鄭權(quán);翁春生;白橋棟;;當(dāng)量比對(duì)液體燃料旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)爆轟影響實(shí)驗(yàn)研究[J];推進(jìn)技術(shù);2015年06期

3 林偉;周進(jìn);林志勇;劉世杰;;H_2/Air連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)推力測(cè)試(Ⅱ)-雙波模態(tài)下的推力[J];推進(jìn)技術(shù);2015年05期

4 林偉;周進(jìn);林志勇;劉世杰;;H_2/Air連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)推力測(cè)試(I)單波模態(tài)下的推力[J];推進(jìn)技術(shù);2015年04期

5 卓長(zhǎng)飛;武曉松;封鋒;馬虎;;旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的數(shù)值模擬[J];推進(jìn)技術(shù);2014年12期

6 鄭權(quán);翁春生;白橋棟;;傾斜環(huán)縫噴孔式連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)[J];推進(jìn)技術(shù);2014年04期

7 劉世杰;林志勇;劉衛(wèi)東;林偉;;連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波傳播過(guò)程研究(Ⅱ):雙波對(duì)撞傳播模式[J];推進(jìn)技術(shù);2014年02期

8 劉世杰;劉衛(wèi)東;林志勇;林偉;;連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波傳播過(guò)程研究(Ⅰ):同向傳播模式[J];推進(jìn)技術(shù);2014年01期

9 陳潔;王棟;馬虎;刁吉陽(yáng);于棟梁;;軸向長(zhǎng)度對(duì)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的影響[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2013年04期

10 馬虎;封鋒;武曉松;王棟;余陵;;壓力條件對(duì)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的影響[J];彈道學(xué)報(bào);2012年04期

本文編號(hào)：2629386