發(fā)布時間：2020-11-22 04:27

　　 旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機(RDE)是一種新型動力裝置,具有能量釋放速度快、熱循環(huán)效率高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、工作頻率高等優(yōu)點,在未來推進領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,近年來受到世界各國的廣泛關(guān)注。本文針對氣相氫氣/空氣組合RDE,通過實驗和數(shù)值模擬,對旋轉(zhuǎn)爆震波的建立過程和傳播模式展開研究。為揭示旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機的點火特性,設(shè)計了一套模塊化發(fā)動機模型,建立了RDE實驗和測量系統(tǒng),測試了普通汽車火花塞、高能火花塞和預(yù)爆震管作為點火裝置的可行性,采用高頻壓力測量和高速攝影拍攝分析了不同點火能量和方式下旋轉(zhuǎn)爆震波的建立過程,并通過一系列點火實驗獲得了發(fā)動機的工作范圍。結(jié)果表明:三種點火裝置均能夠成功起爆發(fā)動機,爆震波建立時間隨點火能量的提高而降低;相同工況下,發(fā)動機的工作特性與點火裝置無關(guān);根據(jù)實驗結(jié)果將發(fā)動機工作模式分為緩燃、不穩(wěn)定爆震和連續(xù)爆震,不同工作模式會隨實驗工況的變化而相互轉(zhuǎn)換,發(fā)動機的工作范圍隨燃料質(zhì)量流率的提高而擴大。結(jié)合壓力測量與高速攝影拍攝結(jié)果,開展了旋轉(zhuǎn)爆震波傳播過程的穩(wěn)定性研究,建立了爆震波壓力尖峰的快速捕捉方法,實驗發(fā)現(xiàn)了爆震波強弱交替、解耦、轉(zhuǎn)向三種爆震波非穩(wěn)定傳播模式,分析了不同非穩(wěn)定傳播模式的形成條件和變化過程,研究表明:旋轉(zhuǎn)爆震波能否連續(xù)傳播受燃燒室壓力和噴注過程相互作用的影響,提高燃料與氧化劑的混合均勻性對爆震波的傳播穩(wěn)定性和發(fā)動機穩(wěn)定工作邊界具有積極作用。建立了燃燒室非預(yù)混噴注模型,采用高階迎風通量分裂格式(AUSMPW+)和多步基元反應(yīng)模型對非預(yù)混噴注結(jié)構(gòu)下的旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機內(nèi)流場進行了三維數(shù)值研究,分析了燃料與氧化劑的混合過程對爆震波傳播特性的影響,分析了不同入流條件、燃燒室構(gòu)型對流場結(jié)構(gòu)、爆震波傳播特性和發(fā)動機推進性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:燃燒室內(nèi)爆震波壓力向上游回傳,對推進劑集氣腔產(chǎn)生周期性影響;隨著入口質(zhì)量流率的提高,發(fā)動機推力呈線性增長,來流總溫和旋轉(zhuǎn)爆震波數(shù)量對發(fā)動機的推進性能影響較小,但雙波模式能夠改善出口流場分布的不均勻性;隨著燃料噴注位置的前移,波前推進劑混合效果更好,爆震波強度和傳播速度增大;燃燒室曲率的提高將導(dǎo)致爆震波發(fā)生變形,不利于旋轉(zhuǎn)爆震波的自持傳播。通過實驗和數(shù)值模擬研究了收縮型噴管對RDE推進性能和爆震波傳播模式的影響規(guī)律,分析了在來流質(zhì)量流率和當量比發(fā)生改變的情況下,旋轉(zhuǎn)爆震波傳播模式的變化過程。研究發(fā)現(xiàn)收斂型噴管能夠顯著提升RDE的推進性能;加裝噴管后,爆震波高度大幅降低,旋轉(zhuǎn)爆震波在噴管收斂段形成一道反射激波,隨著推進劑總流量的提高,實驗發(fā)現(xiàn)了單波、單/雙波混合、同向雙波傳播三種傳播模式;噴管喉部寬度越小,對發(fā)動機推進性能的提升越大,爆震波由穩(wěn)定單波傳播模式產(chǎn)生雙波的總流量臨界值越低。
【學位單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V231.22
【部分圖文】：

旋霞與意義??分動力裝置都是通過燃燒將燃料的化學能轉(zhuǎn)化成熱的研究發(fā)展，要大幅提高基于等壓燃燒模式發(fā)動機的統(tǒng)燃氣渦輪發(fā)動機緩燃方式相比，爆篇燃燒由于具有等優(yōu)點，近年來在航空航天推進領(lǐng)域內(nèi)一直受到廣泛動機（Ｒｏｔａｔｉｎｇ?Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ?Ｅｎｇｉｎｅ，簡稱ＲＤＥ）是？種室內(nèi)連續(xù)旋轉(zhuǎn)傳播，進而產(chǎn)生推力的新概念發(fā)動機，閣震發(fā)動機以爆震燃燒為主要燃燒方式，除了具有較高耗率ＳＦＣ外，由于燃燒產(chǎn)物在高溫區(qū)域停留時間短，環(huán)境污染較小。??冷卻腔、??

?２??圖１．２?Ｃ－Ｊ爆謨狀態(tài)?圖１．３?—維ＺＮＤ模型示意閣??圖１．４為三種燃燒模式的理想熱循環(huán)過程，由圖可知，爆震過程接近等容循環(huán)，｜〖Ｕ相??對于傳統(tǒng)的噴氣發(fā)動機采用的等壓循環(huán)過程，在相同條件下，等容循環(huán)產(chǎn)生的熵增較小，??具有更高的熱效率。表丨．１統(tǒng)計了對于初始壓縮比為５的三種燃料的理想熱循環(huán)效率，所??有工況條件下，爆震燃燒均具有比等壓和等容燃燒更高的熱循環(huán)效率｜９１。??？０????５Ｃ－?Ｉ???ｂｏｃｂｏｒｉｃ?（Ｈｕｎｐｂｒｅｙ）??－???ｉｓｏｂａｒｋ?（Ｂｒａｙｔｏｎ）??３０－?－?ｄｅｔｏｎａｔｋ＞Ｄ（Ｆｉｃｋ？ｔｔ－Ｊａｃｏｂｓ）??？?＼ｋ?１１－２．觸——?一??２－３，２－３－，分別為等壓、等容．燁ｓ燃談??３＊４，３＊４：?分別為絕從、等熵聯(lián)：脒過桴??＞？?＼?分別為等壓無《瘁過程．使蜱??ＩＩ：?＼?———Ｊ??０９?Ｉ?＇?Ｉ?■?Ｉ?＇?Ｉ?＇?Ｉ?＇?Ｉ?＇?Ｉ?＇?Ｉ??０?１２?３?４?５?６?７??Ｖ?ｌ？ｎＭ??圖１．４不同熱力循環(huán)過程???表１．１不同燃料理想熱效率對比???燃料?等壓燃燒（％）?等容燃燒（％）?爆震燃燒（％）??Ｈ，?３６．９?５４．３?５９．３??ＣＨ

■?２??圖１．２?Ｃ－Ｊ爆謨狀態(tài)?圖１．３?—維ＺＮＤ模型示意閣??圖１．４為三種燃燒模式的理想熱循環(huán)過程，由圖可知，爆震過程接近等容循環(huán)，｜〖Ｕ相??對于傳統(tǒng)的噴氣發(fā)動機采用的等壓循環(huán)過程，在相同條件下，等容循環(huán)產(chǎn)生的熵增較小，??具有更高的熱效率。表丨．１統(tǒng)計了對于初始壓縮比為５的三種燃料的理想熱循環(huán)效率，所??有工況條件下，爆震燃燒均具有比等壓和等容燃燒更高的熱循環(huán)效率｜９１。??？０????５Ｃ－?Ｉ???ｂｏｃｂｏｒｉｃ?（Ｈｕｎｐｂｒｅｙ）??－???ｉｓｏｂａｒｋ?（Ｂｒａｙｔｏｎ）??３０－?－?ｄｅｔｏｎａｔｋ＞Ｄ（Ｆｉｃｋ？ｔｔ－Ｊａｃｏｂｓ）??？?＼ｋ?１１－２．觸——?一??２－３，２－３－，分別為等壓、等容．燁ｓ燃談??３＊４，３＊４：?分別為絕從、等熵聯(lián)：脒過桴??＞？?＼?分別為等壓無《瘁過程．使蜱??ＩＩ：?＼?———Ｊ??０９?Ｉ?＇?Ｉ?■?Ｉ?＇?Ｉ?＇?Ｉ?＇?Ｉ?＇?Ｉ?＇?Ｉ??０?１２?３?４?５?６?７??Ｖ?ｌ？ｎＭ??圖１．４不同熱力循環(huán)過程???表１．１不同燃料理想熱效率對比???燃料?等壓燃燒（％）?等容燃燒（％）?爆震燃燒（％）??Ｈ，?３６．９?５４．３?５９．３??ＣＨ
【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉道坤;馬虎;張云峰;孫波;卓長飛;鄧利;;橫向射流起爆爆震波二維數(shù)值模擬[J];兵器裝備工程學報;2017年03期

2 劉世杰;覃慧;林志勇;孫明波;劉衛(wèi)東;;連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波細致結(jié)構(gòu)及自持機理[J];推進技術(shù);2011年03期

3 曾昊;何立明;羅俊;康強;李海鵬;;過渡段對爆震波衍射過程的影響分析[J];推進技術(shù);2009年03期

4 李文杰;臣墨;;EADS公司與俄羅斯合作研發(fā)連續(xù)爆震波發(fā)動機[J];飛航導(dǎo)彈;2012年11期

5 李文杰;盛德林;;法俄聯(lián)合研制的連續(xù)爆震波發(fā)動機[J];飛航導(dǎo)彈;2007年06期

6 韓啟祥,王家驊;預(yù)混氣爆震波在不同直徑管間的傳播特性[J];航空動力學報;2005年02期

7 劉穎,孫英英,琚詒光;爆震波傳播速度同阻力和熱損失的一般關(guān)系[J];工程熱物理學報;2002年02期

8 伍智超;郭印誠;;氫-空氣繞流無限長斜劈斜爆震波數(shù)值模擬[J];工程熱物理學報;2012年04期

9 李海鵬;何立明;羅俊;曾昊;武衛(wèi);;氣相爆震波衍射現(xiàn)象的數(shù)值研究[J];航空動力學報;2010年03期

10 ;研究激光感生的爆震波[J];激光與光電子學進展;1972年12期

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 楊成龍;旋轉(zhuǎn)爆震波起爆過程及穩(wěn)定傳播特性研究[D];南京理工大學;2018年

2 韓旭;超聲速預(yù)混氣中爆震波起爆與傳播機理研究[D];國防科學技術(shù)大學;2013年

3 劉世杰;連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波結(jié)構(gòu)、傳播模態(tài)及自持機理研究[D];國防科學技術(shù)大學;2012年

4 林偉;連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波傳播機理、工作特性及其在推進中的應(yīng)用研究[D];國防科學技術(shù)大學;2015年

5 黃玥;脈沖爆震發(fā)動機微小型化研究[D];南京航空航天大學;2012年

6 姜日紅;脈沖爆震發(fā)動機工作過程研究[D];南京理工大學;2010年

7 潘慕絢;基于離子電流的脈沖爆震發(fā)動機壓力建模及控制[D];南京航空航天大學;2012年

8 劉彧;超聲速氣流中爆震波與邊界層相互作用機理研究[D];國防科學技術(shù)大學;2015年

9 武郁文;旋轉(zhuǎn)閥式脈沖爆震燃燒室非穩(wěn)態(tài)進氣與起爆性能研究[D];南京航空航天大學;2016年

10 馬虎;簧片閥式脈沖爆震發(fā)動機研究[D];南京理工大學;2015年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 彭皓陽;乙烯燃料連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波傳播特性研究[D];國防科學技術(shù)大學;2016年

2 潘鑫峰;旋轉(zhuǎn)爆震波逆向壓力傳導(dǎo)特性研究[D];南京航空航天大學;2018年

3 陳楠;對激波誘導(dǎo)斜爆震波機理的研究[D];南京航空航天大學;2018年

4 閆朝;爆震波工作過程的數(shù)值模擬[D];西北工業(yè)大學;2001年

5 周朱林;受側(cè)向膨脹影響的爆震波傳播過程及自持機理研究[D];國防科學技術(shù)大學;2012年

6 彭磊;旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機爆震波起始過程研究[D];南京理工大學;2016年

7 徐鵬;進口油氣方案影響煤油/空氣脈沖爆震發(fā)動機性能的研究[D];南京航空航天大學;2008年

8 侯曉靜;管間繞射激波觸發(fā)爆震波的特性研究[D];南京航空航天大學;2008年

9 范孝華;壁面條件對爆震波起爆以及傳播過程影響機理的研究[D];國防科學技術(shù)大學;2011年

10 郭清河;兔骶叢爆震傷動物模型的建立及相關(guān)性實驗研究[D];第二軍醫(yī)大學;2011年

本文編號：2894120