固液混合冲压发动机补燃室性能研究

admin · 发表于 2022-9-24 15:48:54

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目前冲压发动机已经广泛地应用于各种战术和战略导弹中，表现出优越的性能。液体燃料冲压发动机存在高空大攻角飞行燃烧不稳定甚至可能熄火的题目，而固体火箭冲压发动机存在燃料流量调节困难和比冲较低的缺点。固液混合冲压发动机通过固液两种燃料匹配工作，弥补了单纯固冲或液冲的缺点，在新一代导弹武器系统中拥有良好的应用前景。由于其独特的工作特点，其补燃室内部流动远较传统的冲压发动机复杂。本文首先通过调研工程上成熟应用的冲压发动机技术，参考国内外已有冲压发动机型号，提出了固液混合冲压发动机设计指标和总体及部件方案，为后续性能分析和数值仿真提供依据。接着，对燃气发生器和补燃室进行了热力计算，采用一维气体动力学分析方法，完成了性能计算，确定了发动机各主要截面的几何尺寸和气流参数，并分别对固定几何参数和喉部面积连续可调的发动机进行了特性计算。计算表明，飞行高度和飞行马赫数的变化导致发动机向亚临界或超临界方向移动，偏离设计点的程度决定了性能的下降幅度。偏离设计点时，可调喉部面积发动机相对于固定结构发动机性能有明显的提高。最后，根据发动机结构和补燃室流场特点，建立了湍流流动模型和燃烧模型。利用Solidwoks/Gambit/Fluent软件，完成了不同结构补燃室的物理建模和网格划分，并进行了三维数值仿真，研究了补燃室结构设计参数和工作参数对补燃室流场、燃烧效率及发动机性能的影响。结果表明，燃气发生器喷管和进气道的不同结构形式，影响空气与燃气流的撞击和头部区的回流；液滴在补燃室的分布、雾化与燃烧主要受喷注位置和进气道的影响。以上几种因素都会影响燃料与氧化剂的掺混与燃烧效果。通过对比不同空燃比下补燃室内的燃烧效果，确定了发动机适宜工作的余气系数范围。

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