煤油兩相連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機(jī)噴注霧化及工作特性研究.pdf

1、煤油兩相連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機(jī)(CRDE)在推進(jìn)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本文對煤油燃料兩相連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機(jī)噴注器噴注霧化特性、發(fā)動機(jī)點(diǎn)火起爆過程以及爆震波在發(fā)動機(jī)中的傳播特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，對兩相 CRDE的工作特性進(jìn)行總結(jié)，并將兩相CRDE與氣相CRDE的工作特性進(jìn)行對比。
　　采用實驗研究與數(shù)值仿真相結(jié)合的手段對兩相 CRDE噴注器的噴注霧化特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。設(shè)計了兩種構(gòu)型噴注器：一種為“噴孔-環(huán)縫”式噴注器，氧化劑氣體從環(huán)縫噴

2、入燃燒室，煤油從小孔噴入燃燒室；另一種為“噴孔-噴孔”式噴注器，氧化劑氣體和煤油均從小孔進(jìn)入燃燒室。利用基于激光散射相位多普勒分析(PDA)技術(shù)對噴注器的霧化流場進(jìn)行了測量，并利用測量數(shù)據(jù)對霧化流場的SMD進(jìn)行計算，發(fā)現(xiàn)兩種噴注器霧化流場中噴霧中心的SMD相比噴霧兩側(cè)較大。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)噴孔-環(huán)縫型噴注器的霧化均勻度與霧化細(xì)度較好。因此對噴孔-環(huán)縫型噴注器進(jìn)行重點(diǎn)研究，研究了該噴注器在不同煤油/氧化劑噴注總壓、環(huán)縫寬度、煤油孔噴注位置、氧

3、化劑來流總溫下霧化流場的結(jié)構(gòu)與特性，得到該噴注器的流量特性以及煤油液滴直徑分布、速度分布和噴霧錐角等參數(shù)的變化規(guī)律。采用同樣方法對“噴孔-噴孔”型噴注器的霧化流場進(jìn)行系統(tǒng)研究，對兩種噴注器霧化流場的特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，并對比了兩種噴注器的霧化特性。
　　兩相 CRDE實驗中采用射流管對發(fā)動機(jī)進(jìn)行點(diǎn)火起爆，對采用 H2/O2工質(zhì)的射流管的工作過程進(jìn)行系統(tǒng)研究。在安裝擾流絲的射流管中，對射流管的點(diǎn)火、火焰加速到形成爆震波的過程進(jìn)行數(shù)值研究，

4、并對爆震波在射流管中的反射匯聚現(xiàn)象進(jìn)行了分析。通過計算發(fā)現(xiàn)爆震波反射匯聚可以增大爆震波的溫度，對兩相CRDE的點(diǎn)火起爆有利。利用實驗手段對射流管出口處不同氫氧流量下的爆震波壓力進(jìn)行測量與總結(jié)。
　　采用實驗手段對煤油兩相連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機(jī)工作特性進(jìn)行系統(tǒng)研究。鑒于“噴孔-環(huán)縫”型噴注器霧化流場品質(zhì)較好，兩相CRDE的噴注器選擇“噴孔-環(huán)縫”構(gòu)型。使用煤油/富氧空氣和煤油/氧氣組合推進(jìn)劑在不同工況下燃燒流場中測量得到的高頻壓力數(shù)據(jù)進(jìn)

5、行 FFT處理，利用高頻壓力的時域、頻域特征對爆震波的傳播特性進(jìn)行分析，并計算出爆震波的傳播速度與頻率。在富氧空氣來流條件下，兩相CRDE處于單波模態(tài)下工作；氧化劑來流為純氧時，兩相CRDE處于雙波模態(tài)下工作，并且此時爆震波傳播過程表現(xiàn)出很強(qiáng)的非定常性，具體表現(xiàn)為爆震波波頭穩(wěn)定位置沿兩相 CRDE軸向移動。實驗中采用不同含氧量的氧化劑來流進(jìn)行熱試車，得到了爆震波傳播速度隨氧化劑來流中的含氧量變化的定量關(guān)系。在當(dāng)量比為0.799~0.93

6、9的富氧工況下，爆震波的速度隨著氧化劑中含氧量比的升高而逐步增大。在當(dāng)量比為1.050~1.222的富燃工況下，爆震波速度隨著氧化劑中含氧量的增加呈現(xiàn)出一種線性增長的趨勢。
　　對氣相和兩相連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機(jī)工作特性進(jìn)行對比，總結(jié)了兩者中的相同點(diǎn)與不同規(guī)律?；跀?shù)值模擬方法計算了氣相 CRDE從起爆到發(fā)動機(jī)正常工作的過程，并得到了不同當(dāng)量比與不同噴注總壓下爆震波傳播速度、工作頻率、以及發(fā)動機(jī)的推力和比沖等性能參數(shù)。氣相 CRDE的