超燃沖壓發(fā)動機凹腔流動特性研究.pdf

1、高超聲速吸氣式推進系統(tǒng)的發(fā)展將推進未來高速空天飛行的實現。超燃沖壓發(fā)動機主體部分沒有活動零部件，造型結構在高超聲速運動條件下穩(wěn)定性好，又屬于吸氣式發(fā)動機，不需要自帶氧化器，貯存與運輸方便，于需要時能夠快速使用，近年來以其較高的性能逐漸受到各國的廣泛關注，并成為高超聲速一個新的發(fā)展方向。作為超燃沖壓發(fā)動機關鍵部件的燃燒室對發(fā)動機的總體性能具有關鍵性的影響。在高超聲速飛行條件下，來流必須以超聲速進入燃燒室以避免過度受熱以及空氣分離。通常飛行

2、條件下空氣在燃燒室內的駐留時間接近于1毫秒。燃料必須在極小的時間尺度下進行噴注、摻混、完全燃燒。凹腔近來被廣泛認為是火焰穩(wěn)定器的合適選擇，近年來對于凹腔的流動也漸漸受到研究人員的關注。本文利用雷諾N-S平均方程，SSTk-ω湍流模型等數值模擬方法對進口馬赫數為3.0的軸對稱凹腔進行了冷態(tài)定常和非定常數值模擬，對軸對稱凹腔流動特性進行了計算分析研究，主要包括以下兩個部分:
　　 第一，基于文獻中的超聲速來流經過突擴臺階后的流動特性

3、實驗數據，采用試驗模型進行數值模擬，結果與實驗數據進行比較，驗證計算程序的正確性。在此基礎上參照國防科技大學提出的超聲速凹腔的流動模型，對六種構型的凹腔流場進行冷態(tài)數值模擬，研究不同的凹腔進口高度對凹腔流場的影響，分析了在特定高度下不同的轉換模型對凹腔流場的影響。結果表明:(1)由于縱深比的減小，使得凹腔由閉式凹腔向開式凹腔轉變;(2)閉式凹腔向開式凹腔轉變是由于縱深比的減小，導致馬赫反射向上游推移造成的;(3)由于縱深比的增加，閉式凹

4、腔分離點的位置往上游移動，但增加到一定程度時，上移的幅度減小;(4)進口附面層狀態(tài)對凹腔流場有很大影響，采用轉換模型計算更易得到開式凹腔。
　　 第二，進一步研究六種構型的凹腔非定常流場。計算出從初始時刻激波經過凹腔到激波穿過凹腔流動的數值紋影圖，并將趨于穩(wěn)態(tài)時的流動數值紋影圖與定常流動數值計算進行對比，獲得了開式凹腔流動的非定常啟動過程和其周期性振蕩特性。通過本文的研究工作，對超聲速凹腔不同來流高度對凹腔流場影響有更深入的了解