基于气动斜坡/燃气发生器的超燃燃烧室试验研究

admin · 发表于 2022-9-11 15:19:41

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超燃冲压发动机是实现高超声速飞行最为理想的动力形式之一，应用前景广阔。在超燃冲压发动机众多关键技术中，燃烧室技术是其中的难点，也是国内外研究的重点。由于超燃冲压发动机燃烧室中气流超声速流动的特点，要想在其中实现燃料的点火和稳定燃烧是十分困难的。气动斜坡喷注器是目前国内外关注的热点。研究表明，气动斜坡通过产生流向涡来增进掺混，实现了喷注器和混合增强装置的一体化。因其没有侵入主流场的物理结构，从而避免了较大的流动损失。但是气动斜坡掺混效果有限，而且其无法在燃烧室中实现燃料的自燃烧，所以有必要引入一种点火方案以实现燃烧室的点火。本文使用燃气发生器作为燃烧室点火器，和气动斜坡一起形成了集燃料喷射、点火和火焰稳定的一体化结构，并针对这种组合方案进行了超声速燃烧数值模拟和试验研究。文中运用计算流体力学软件Fluent对燃烧室流场进行了冷态和热态的数值模拟，得到了详细的流场结构。结果表明，气动斜坡/燃气发生器组合增强了流向涡，显著提高了气动斜坡的掺混能力；采用单步化学反应模型对流场进行模拟，并获得了与试验结果相符的仿真结果。为了研究气动斜坡/燃气发生器组合结构的性能，试验研究了燃气发生器点火位置、燃气发生器射流与来流动压比对燃烧室点火和火焰稳定的影响。结果表明，随着气动斜坡和燃气发生器之间的距离变大，其掺混和稳焰能力将会变弱，而且还会加大反应延迟时间；降低燃气发生器射流与来流动压比，同样会加大反应延迟时间，而且降低燃烧效率，同时较低的动压比将造成燃烧室燃烧不稳定，甚至造成燃烧室熄火。热试试验过程中，燃烧室的工作极限在当量比φ=0.1~0.5范围内。随着乙烯当量比的增加，燃烧室压力增大，第二段燃烧室的壅塞程度增加；同时压力沿壁面附面层向燃烧室上游传递，在高当量比工况下有引发进气道溢流的可能。所以要完成更高当量比的试验，可以考虑将气动斜坡和燃气发生器向燃烧室下游布置，或者采用多组气动斜坡组合喷注的方式，以分散燃烧放热区域。

基于气动斜坡/燃气发生器的超燃燃烧室试验研究

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