凹腔結(jié)構(gòu)對超燃固沖發(fā)動機性能影響的數(shù)值研究.pdf

1、超燃固沖發(fā)動機因為其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安全性好、易于貯存、作戰(zhàn)時反應時間短的特點而逐漸受到重視。凹腔結(jié)構(gòu)作為一種有潛力的火焰穩(wěn)定器而引起了超燃固沖發(fā)動機研究領域的廣泛關注。
　　本文以Ben-Yakar試驗為基礎，結(jié)合結(jié)構(gòu)特性與計算精度選用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù)、壓力基耦合算法、SST k??湍流模型、軸對稱的N-S方程組、二階迎風差分格式、單步化學反應對帶有凹腔的軸對稱超燃固沖發(fā)動機燃燒室的內(nèi)流場進行了二維穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬。研究結(jié)果表明燃燒

2、主要集中于邊界層附近，大量的熱從反應區(qū)通過凹腔內(nèi)的逆時針大渦傳輸?shù)搅税记坏膬?nèi)部，這樣凹腔就提供了持續(xù)富燃區(qū)域和熱源，所以凹腔有增強摻混和火焰穩(wěn)定的作用；在發(fā)動機點火后，燃燒室等截面圓柱段初始內(nèi)徑狹小和不斷地熱量加入，導致燃燒室出現(xiàn)熱壅塞，隨著燃面推移等截面圓柱段內(nèi)經(jīng)逐漸增大，熱壅塞現(xiàn)象消失；隨著燃面推移，激波串的強度逐漸增強，燃燒室中氣流的馬赫數(shù)逐漸降低，摻混燃燒效率和總效率逐漸增大，總效率達到38％。
　　在對凹腔結(jié)構(gòu)尺寸對超燃

3、固沖發(fā)動機內(nèi)摻混燃燒的影響分析中，本文提出凹腔擴張比?、凹腔收斂比?、凹腔長深比?、凹腔后緣角度θ等四個相對獨立的凹腔結(jié)構(gòu)參數(shù)，用這四個參數(shù)構(gòu)造不同形式的凹腔。分別對該四個參數(shù)進行建模、數(shù)值計算以及性能評估，在各個參數(shù)的數(shù)值計算中發(fā)現(xiàn)擴張比?=18、收斂比?=0.2、長深比?=4、后緣角度θ=60°是相對較優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。同時對無凹腔與有凹腔的情況進行對比，得知凹腔能顯著提高發(fā)動機性能，有凹腔結(jié)構(gòu)的總效率比無凹腔結(jié)構(gòu)的要大46%—66%。