回波增推式脉冲爆震发动机的数值模拟研究

123456aa · 发表于 2022-4-4 16:37:22

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脉冲爆震发动机是一种利用脉冲爆震波产生的高温、高压、高速的燃气来产生推力的新概念发动机，它具有结构简单、热循环效率高等优点。脉冲爆震发动机主要由进气道、爆震室、点火系统、控制系统和尾喷管等部分组成，其中，尾喷管是脉冲爆震发动机中的一个核心部分，一个优秀设计的尾喷管可以显著提高脉冲爆震发动机推力，推重比，比冲等性能。回波现象是一种自然界存在的普遍现象，当来流遇到障碍物时，都将产生回波，回波与来流波碰撞之后将进一步提高压力，同时在周围各个壁面之间反射传播。在喷管中，这种提升的压力有助于提高发动机出口的流速，进而提高脉冲爆震发动机的推力以及其他性能。本文利用回波增推的原理，设计了一种新型的回波式喷管，并将其安装在一个脉冲爆震发动机的爆震室之后，形成了回波增推式脉冲爆震发动机。为了研究这种发动机的性能，我们对爆震室内的燃烧过程和爆震波流经回波式喷管的过程进行了模拟。在研究燃烧过程时，本文分别运用了数值方法和解析方法，经过对比，在容差允许的范围内，两种方法得到的脉冲爆震波参数能够很好地吻合。在回波增推式脉冲爆震发动机性能的研究中，为了与回波式喷管进行对照，本文设计了两个常用喷管进行比对，一个是脉冲发动机中使用得最多的直喷管，另一个是目前被普遍认为性能最好的拉阀尔喷管。本文考察了在相同参数的脉冲爆震波流过这三个喷管时，三者之间流场的差异，以及发动机内部的压力、气流流速、推力、冲量等参数的差异。通过对比，我们发现回波增推式脉冲爆震发动机内有比较明显的回波产生，尾喷管出口的速度有大幅提高。在单循环内，回波增推式脉冲爆震发动机的推力性能有明显提高，相对于普通直喷管的发动机，平均推力提高了15.48%，相对于使用拉阀尔喷管的发动机，平均推力提高了9.9%。

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