超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與性能研究.pdf

1、燃料供應(yīng)系統(tǒng)是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分，燃料的供應(yīng)與控制技術(shù)的研究對(duì)于發(fā)展超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與集成技術(shù)至關(guān)重要，對(duì)于推動(dòng)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工程化進(jìn)程具有十分重要的意義。本文針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間工作的煤油再生冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)其燃料供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)及性能研究。
　　發(fā)展了煤油再生冷卻超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)方法，給出了燃料供應(yīng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)流程，建立了燃料貯箱及其增壓系統(tǒng)和渦輪泵裝置的設(shè)計(jì)模型，分析

2、了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)系統(tǒng)的特殊性，對(duì)比分析了燃料供應(yīng)系統(tǒng)不同增壓方式優(yōu)缺點(diǎn)，開展了泵壓式系統(tǒng)循環(huán)方式設(shè)計(jì)并分析不同循環(huán)方式的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了乙烯輔助起動(dòng)的泵壓式系統(tǒng)膨脹循環(huán)方案，分析了膨脹循環(huán)方案的起動(dòng)和穩(wěn)態(tài)工作過程。研究結(jié)果表明：相對(duì)于擠壓式系統(tǒng)，泵壓式系統(tǒng)更適合于長(zhǎng)時(shí)間工作的發(fā)動(dòng)機(jī)；推力室抽氣循環(huán)不適用于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，補(bǔ)燃循環(huán)和燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)及其空間布置提出了更高要求，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性；膨脹循環(huán)耦合了發(fā)動(dòng)機(jī)熱防護(hù)與燃料

3、供應(yīng)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小，渦輪溫度低，可靠性高等優(yōu)勢(shì)；切換點(diǎn)的選擇對(duì)于系統(tǒng)能否起動(dòng)成功具有重要的影響，膨脹循環(huán)能否閉合很大程度上取決于渦輪泵功率的匹配平衡。
　　提出了超臨界煤油熱物理性質(zhì)的分析方法，分別定義了基于摩爾數(shù)和質(zhì)量的熱裂解轉(zhuǎn)化率，建立了超臨界煤油的熱裂解反應(yīng)模型，即基于溫度控制的單步集總反應(yīng)模型，分析了超臨界煤油的熱裂解特性，建立了超臨界裂解態(tài)煤油平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算方法，建立了超臨界煤油的熱物性模型，計(jì)算了超臨界

4、壓力下裂解態(tài)煤油和非裂解態(tài)煤油的熱物性參數(shù)，對(duì)超臨界壓力下的裂解態(tài)煤油的熱物性進(jìn)行了非線性擬合，依據(jù)狀態(tài)方程建立了超臨界裂解態(tài)煤油密度的計(jì)算方法，得到了超臨界裂解態(tài)煤油密度隨壓力和溫度變化的解析表達(dá)式。
　　建立了超臨界裂解態(tài)煤油渦輪性能分析模型，分析了煤油泵的功率特性，獲得了煤油泵的功率需求，分析了超臨界裂解態(tài)渦輪的性能特性，進(jìn)行了渦輪泵性能試驗(yàn)研究，評(píng)估了不同工質(zhì)狀態(tài)下渦輪泵的做功能力，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了渦輪的流量系數(shù)、渦輪泵

5、功率與效率特性、泵的相似性規(guī)律和煤油狀態(tài)對(duì)渦輪性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)：泵功率需求在渦輪輸出功率范圍以內(nèi)，通過合理控制渦輪入口壓力和溫度，采用超臨界裂解態(tài)煤油驅(qū)動(dòng)的渦輪能夠滿足泵的功率需求；泵壓頭比與轉(zhuǎn)速比平方具有很好的相似性；泵流量轉(zhuǎn)速相似律與泵節(jié)流具有相關(guān)性，在泵后節(jié)流相同時(shí)，流量比與轉(zhuǎn)速比具有較好的相似性；泵的功率轉(zhuǎn)速相似律受渦輪節(jié)流和泵節(jié)流雙重干擾；800K以下的熱煤油裂解率極低，氣體常數(shù)較小，膨脹做功能力不足。
　　提出了燃

6、料供應(yīng)系統(tǒng)熱力循環(huán)特性的分析方法，構(gòu)建了燃料供應(yīng)系統(tǒng)以煤油為工質(zhì)的熱力循環(huán)過程，建立了燃料供應(yīng)系統(tǒng)熱力循環(huán)過程中的再生冷卻回?zé)崮Ｐ?、壓力損失模型以及碳?xì)淙剂衔鼰崮Ｐ?，進(jìn)行了膨脹循環(huán)系統(tǒng)的平衡參數(shù)、渦輪泵功率匹配特性以及循環(huán)性能參數(shù)分析。結(jié)果表明：冷卻通道流量受到發(fā)動(dòng)冷卻需求和渦輪做功需求兩方面限制；泵的增壓性能由泵的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，裂解態(tài)煤油渦輪的性能主要由膨脹比和冷卻通道出口溫度決定；渦輪泵流量比要小于1；提高膨脹比有助于提高熱功轉(zhuǎn)換效率，