發(fā)布時(shí)間：2020-08-07 11:13

【摘要】：旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)(RDE)作為一種新型動(dòng)力裝置,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、燃燒效率高、工作頻率高等眾多優(yōu)點(diǎn),但工作涉及到十分復(fù)雜的流動(dòng)、燃燒以及傳熱過程。在此背景下,本文以氣相旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象,以氫氣/空氣作為反應(yīng)物,展開了旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和傳熱特性研究。本文建立了三維預(yù)混噴注發(fā)動(dòng)機(jī)模型,采用多步基元反應(yīng)對(duì)RDE內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,分析了旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,分析了當(dāng)量比和噴注壓力對(duì)RDE內(nèi)流場(chǎng)的影響。結(jié)果表明:在本文給定的當(dāng)量比范圍內(nèi),爆震波的傳播速度隨當(dāng)量比的提高而增大,爆震波高度變化較小。噴注總壓對(duì)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)流場(chǎng)參數(shù)有著重要影響,噴注總壓在0.25 MPa-0.6 MPa內(nèi)范圍內(nèi)變化時(shí),爆震波高度變化顯著,隨噴注總壓升高呈先增大后減小的趨勢(shì);爆震波的傳播速度、平均峰值壓力、平均峰值溫度等參數(shù)都隨噴注壓力的提高而增大。為獲得燃?xì)鉁囟�、壁面溫度及熱通量分布情況,以現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為基礎(chǔ),結(jié)合熱電偶、紅外熱成像儀等相關(guān)測(cè)量設(shè)備,對(duì)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的傳熱特性展開研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在當(dāng)量比一定的條件下,燃?xì)鉁囟妊剌S向方向呈逐漸降低的趨勢(shì),而燃燒室壁面溫度先升高后減小。對(duì)于同一個(gè)測(cè)量點(diǎn),燃?xì)鉁囟群捅诿鏈囟染S當(dāng)量比的提高而升高。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中,爆震波高度位于燃燒室頭部,導(dǎo)致燃燒室頭部的壁面溫度上升速度明顯高于尾部位置,燃燒室壁面沿軸向存在溫度梯度,并由頭部向尾部傳熱。在文中所列工況范圍內(nèi),發(fā)動(dòng)機(jī)工作結(jié)束時(shí)刻的燃燒室壁面平均熱通量隨當(dāng)量比升高而略微增大,對(duì)給定當(dāng)量比,燃燒室壁面熱通量沿軸向方向逐漸減小。對(duì)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)、外壁面的熱通量分布情況進(jìn)了數(shù)值研究。結(jié)果表明:燃燒室外壁面的熱通量要高于內(nèi)壁面熱通量,燃燒室壁面熱通量沿軸向呈現(xiàn)先升高再下降的規(guī)律,在旋轉(zhuǎn)爆震波與斜激波交匯點(diǎn)達(dá)到極大值。在旋轉(zhuǎn)爆震波高度外,數(shù)值模擬獲得的壁面熱通量沿軸向的變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致;但在旋轉(zhuǎn)爆震波高度內(nèi),由于實(shí)驗(yàn)測(cè)量的空間分辨率限制,數(shù)值模擬獲得的壁面熱通量沿軸向的變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在差異。針對(duì)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的傳熱特點(diǎn)以及熱通量分布特點(diǎn),設(shè)計(jì)了三種不同冷卻方案并進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)值模擬計(jì)算。對(duì)三種冷卻方案的優(yōu)點(diǎn)以及存在的缺陷等進(jìn)了相分析,經(jīng)過對(duì)冷卻效果、經(jīng)濟(jì)性以及可加工型的綜合考慮選取較優(yōu)的冷卻方案。
【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
【圖文】：

機(jī)是一種利用一個(gè)或多個(gè)爆震波在環(huán)形燃燒室內(nèi)連續(xù)傳播，進(jìn)而產(chǎn)生推力的發(fā)動(dòng)機(jī)。推逡逑進(jìn)劑從燃燒室的封閉端噴入，燃燒產(chǎn)物從另一端排除，存在一個(gè)或多個(gè)爆震波在燃燒室逡逑頭部沿周向旋轉(zhuǎn)傳播。如圖１．１所示。逡逑冷卻腔逡逑（丨＼邐．噴竹逡逑燃鈄＼奴、＊／邋，＂邋ｎ逡逑化劑供丨１邐卜逡逑焌？邐＼＼＂邋＇Ｖ邋＃逡逑陣列V/小孔逡逑圖１．１旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖逡逑１逡逑

（１）早期研宄逡逑２０世紀(jì)６０年代初，前蘇聯(lián)拉夫連季耶夫流體力學(xué)學(xué)院（ＬＩＨ邋）的Ｖｏｉｔｓｃｋｈｏｖｓｋｉｉｔ２２％逡逑首先通過圓盤形試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了乙炔、氧氣預(yù)混氣的連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震。試驗(yàn)裝置如圖１所逡逑示，預(yù)混氣從中間進(jìn)入燃燒室，燃燒產(chǎn)物從外周排出，并用速度補(bǔ)償觀測(cè)方法對(duì)流場(chǎng)結(jié)逡逑構(gòu)進(jìn)行了拍攝研宄。圖１．２所示實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，圖１．３為拍攝結(jié)果以及流場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖，逡逑其中１為預(yù)混氣體區(qū)，２為燃燒產(chǎn)物區(qū)，ＡＢ是爆震波面。在試驗(yàn)中能夠清楚發(fā)現(xiàn)，在燃逡逑燒室內(nèi)形成了六道爆震波，并均能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定自持傳播。Ｍｉｋｈａｉｌ0Ｖ［２５－２６］在類似的試驗(yàn)裝置逡逑中進(jìn)行了高頻壓力測(cè)試，在爆震波傳播區(qū)域內(nèi)得到了周期性的壓力突躍，進(jìn)一步證實(shí)了逡逑旋轉(zhuǎn)爆震波的存在。逡逑Ａ邋ｉ逡逑一邐邐邐邐邋■邋Ｔｌｉｒｔ幽＂—逡逑Ｉ逡逑圖１．邋２邋Ｖｏｉｔｓｃｋｈｏｖｓｋｉｉ試驗(yàn)裝置不意圖邐圖１．邋３拍攝結(jié)果以及流場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖逡逑在同一時(shí)期，受美國(guó)愛德華空軍基地的委托，美國(guó)密西根大學(xué)對(duì)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)也逡逑進(jìn)行了相關(guān)研宄和探索。Ａｄａｍｓｏｎ和Ｓｈｅｎ等人［２７－２８］首次對(duì)旋轉(zhuǎn)爆震波應(yīng)用于火箭推進(jìn)裝逡逑３逡逑

邐碩士論文逡逑置進(jìn)行可行性驗(yàn)證，并設(shè)計(jì)了最早的ＲＤＥ實(shí)驗(yàn)裝置。試驗(yàn)裝置如圖１．４，使用乙炔、乙烯逡逑和氫氣等多種燃料，以氧氣為氧化劑，點(diǎn)火裝置為火花塞，采用了液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相類逡逑似的噴孔－噴孔對(duì)撞模式進(jìn)行摻混噴注。但實(shí)驗(yàn)效果并不理想，雖然該發(fā)動(dòng)機(jī)模型成功逡逑起爆并得到了旋轉(zhuǎn)爆震波，但爆震波不能連續(xù)自持傳播，在旋轉(zhuǎn)一周后便消失。因此，逡逑在當(dāng)時(shí)條件的限制下，美國(guó)停止了旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的研究計(jì)劃。逡逑＜邋－５．０８邐＾邋１．２７逡逑１逡逑氧化劑—？邐２邋＾邐Ｓ逡逑Ｌ＾＿Ｊ—＾＾‘逡逑圖１．４愛德華實(shí)驗(yàn)基地ＲＤＥ實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖逡逑在早期，由于實(shí)驗(yàn)條件和研宄手段的限制，ＲＤＥ研究工作難度大，進(jìn)展緩慢且取得逡逑的成果有限，此后ＲＤＥ研究在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都沒有引起廣泛關(guān)注。但隨著實(shí)驗(yàn)條件和逡逑計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展以及眾多學(xué)者堅(jiān)持不懈的研究，為ＲＤＥ的研究打下了扎實(shí)的理論和逡逑實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐雪陽;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 Liu Yusi;Wang Yuhui;Li Yongsheng;Li Yang;Wang Jianping;;Spectral analysis and self-adjusting mechanism for oscillation phenomenon in hydrogen-oxygen continuously rotating detonation engine[J];Chinese Journal of Aeronautics;2015年03期

3 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

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(Ⅱ)-雙波模態(tài)下的推力[J];推進(jìn)技術(shù);2015年05期

5 彭磊;王棟;許朋;卓長(zhǎng)飛;;帶減阻桿的高超聲速?gòu)椡铓鈩?dòng)特性研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2015年09期

6 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

7 林偉;周進(jìn);林志勇;劉世杰;;熱射流起爆過程的數(shù)值模擬[J];國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào);2015年01期

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

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

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

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 邵業(yè)濤;王健平;藤原俊隆;;連續(xù)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)的二維數(shù)值模擬研究[A];第十三屆全國(guó)激波與激波管學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 劉世杰;連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波結(jié)構(gòu)、傳播模態(tài)及自持機(jī)理研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2783913