超燃沖壓發(fā)動機燃料前噴技術(shù)研究.pdf

1、超燃沖壓發(fā)動機作為高超聲速飛行器的核心部件，近年來受到越來越多的關(guān)注。然而超燃沖壓發(fā)動機性能提升還面臨諸多技術(shù)難題和困難，本文重點調(diào)研和分析了熱防護、燃燒的主要問題、激波邊界層分離對隔離段性能的影響和隔離段內(nèi)的摩擦阻力四方面。
　　基于理想的Brayton循環(huán)，通過建立隔離段內(nèi)提前噴射燃料、燃燒過程和膨脹過程的控制方程組，在Matlab中構(gòu)建能夠描述帶前噴發(fā)動機性能的程序。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

2、降低了燃燒室進口溫度，在給定燃燒室出口最大溫度時，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)動機比推力，但會降低燃料經(jīng)濟性。由于前噴燃料量較小，并且甲烷與水蒸氣具有相似性（相對分子質(zhì)量和定壓比熱容相近），所以前噴甲烷與水蒸氣對發(fā)動機性能的影響相近。
　　考慮到前噴燃料對隔離段分離區(qū)吹除、壁面的隔熱作用、減阻和抗反壓能力的影響，在Fluent中進行冷態(tài)數(shù)值仿真，重點研究前噴的氣動性能。分析了影響前噴效果發(fā)揮的不同噴射方案，

3、探究了不同方案下對發(fā)動機上述方面的影響。定義了發(fā)動機的摻混效率、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，小角度小當量比即可吹除分離區(qū)，噴射對于提高隔離段壁面熱防護能力效果顯著，即使是大當量比噴射，在隔離段出口摻混也能達到較高水平，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，大當量比中等角度噴射對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，

4、噴射位置在隔離段前半部分是，中等當量比垂直噴射將會導(dǎo)致進氣道不起動。總之，從冷態(tài)前噴的氣動性能看，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)動機總當量比，探究了無前噴時的不同支板/后壁面噴油比例的性能，在此基礎(chǔ)上，分析了小當量比前壁面噴油、不同噴油位置和塔橋結(jié)構(gòu)對發(fā)動機燃燒效率、摩擦阻力和反壓前傳等的影響，結(jié)果表明，小當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，可以有效控制壓力