脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)噴管性能的數(shù)值模擬研究.pdf

1、尾噴管是脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)(PDE)的重要部件，其作用就是將爆震室排出的高溫高壓燃?xì)馑臒崮芡ㄟ^(guò)在尾噴管中繼續(xù)膨脹轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，以便獲得盡可能大的推力，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)性能起著重要的作用。脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管流動(dòng)是周期性的、非定常的，存在復(fù)雜的激波、膨脹波、接觸面的相互作用。這給脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的設(shè)計(jì)和分析帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。本文對(duì)脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴管流場(chǎng)以及噴管性能進(jìn)行了研究。主要做了以下工作： (1) 結(jié)合了吸氣式脈沖爆震

2、發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理以及循環(huán)，建立帶噴管的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化的性能計(jì)算模型。利用計(jì)算模型估算了單次脈沖循環(huán)的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。 (2) 通過(guò)了數(shù)值模擬的方法對(duì)接不同結(jié)構(gòu)噴管的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了單脈沖研究，觀察了爆震燃燒室和噴管流場(chǎng)的變化情況，并對(duì)不同噴管的性能進(jìn)行了分析。數(shù)值模擬主要采用的是帶有限速率化學(xué)反應(yīng)的二維迎風(fēng)型TVD格式的CFD程序，燃料采用了完全當(dāng)量比的H2/空氣混合物。研究的噴管結(jié)構(gòu)包括直延伸噴管、收斂噴管、擴(kuò)張

3、噴管、收斂擴(kuò)張噴管和引射器的噴管。數(shù)值模擬結(jié)果表明，噴管對(duì)PDE的流場(chǎng)產(chǎn)生了顯著的影響；噴管對(duì)PDE的推進(jìn)性能的提高有一定作用，每種噴管的性能并不相同。為了提高PDE的推進(jìn)性能，PDE噴管應(yīng)該可以減小排氣激波的強(qiáng)度，同時(shí)保持爆震管出口處的高背壓。 (3) 利用了CFD程序研究了無(wú)閥吸氣式多管PDE的共用噴管的流動(dòng)特性和推進(jìn)性能。結(jié)果表明：共用噴管對(duì)PDE流場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生重要影響，設(shè)計(jì)合理的共用噴管對(duì)優(yōu)化多管PDE的性能和保證協(xié)調(diào)穩(wěn)定的