【摘要】：旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室(Rotating Detonation Combustor,簡稱RDC)替代傳統(tǒng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室,實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)從等壓循環(huán)向爆震循環(huán)的轉(zhuǎn)變,可大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力性能和燃料的利用率。基于此,關(guān)于RDC應(yīng)用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用的相關(guān)課題受到了科研機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。本文主要通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究了旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室出口流場特性以及其與渦輪的匹配特性。主要進(jìn)行了以下工作:(1)利用二維歐拉方程數(shù)值研究了基于H2/Air燃燒的旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室出口流場特性。對比分析了燃燒室在不同波頭數(shù)、不同燃燒室軸向長度和周向長度以及不同噴注總壓和外界反壓等條件下的出口總壓和總溫特性。通過研究燃燒室出口總壓脈動(dòng)均值、畸變指數(shù)以及出口溫度分布系數(shù),進(jìn)而分析了燃燒室出口流場的不均勻性。研究表明:三波模態(tài)下燃燒室出口平均總壓脈動(dòng)均值較雙波和單波模態(tài)下小,流場均勻程度較高;當(dāng)量比對燃燒室出口溫度分布系數(shù)有很大影響,隨著當(dāng)量比的增大,出口溫度分布系數(shù)先增大后減小;此外,波頭數(shù)越多,出口溫度分布系數(shù)越小,其出口溫度場越均勻。當(dāng)量比對燃燒室增壓比有一定影響,但影響不大,增壓比與波頭數(shù)呈反相關(guān)。燃燒室尺寸對發(fā)動(dòng)機(jī)出口流場的不均勻性有很大影響,隨著燃燒室軸向長度的增大或周向尺寸的減小,其出口總壓脈動(dòng)均值、畸變指數(shù)和出口溫度分布系數(shù)均會(huì)減小,出口流場均勻性提高。壓力條件對燃燒室出口流場特性有一定影響,隨著噴注總壓的增加,出口總壓脈動(dòng)均值、畸變指數(shù)以及溫度分布系數(shù)均逐漸增大,流場的均勻性變差;外界反壓對出口流場的均勻性影響相對較小。(2)基于旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室與導(dǎo)向器和渦輪的組合開展了旋轉(zhuǎn)爆震波起爆實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)成功起爆了旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室,并且對比分析了加導(dǎo)向器與未加導(dǎo)向器下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)研究表明:兩種工況條件下,旋轉(zhuǎn)爆震波的傳播速度隨當(dāng)量比的增大,均呈先增大后減小的趨勢;但加導(dǎo)向器后,爆震波傳播速度的相對偏差先減小后增大,其穩(wěn)定傳播的范圍相對于未加導(dǎo)向器而言較窄。此外,在導(dǎo)向器前后,存在與燃燒室內(nèi)爆震波頻率一致的振蕩壓力,經(jīng)過導(dǎo)向器后的振蕩壓力幅值減弱了64%,該振蕩壓力直接進(jìn)入導(dǎo)向器后的渦輪,其對渦輪的影響相對于不加導(dǎo)向器而言要小。導(dǎo)向器葉片對燃燒室出口的振蕩壓力存在反射作用,進(jìn)而影響爆震燃燒室的壓力,其反射激波的路徑與爆震波傳播的方向有關(guān)。通過進(jìn)一步開展旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室和渦輪組合的有關(guān)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室和渦輪組合方案的可行性,研究發(fā)現(xiàn):渦輪對燃燒室內(nèi)氣流速度有一定的影響,加裝渦輪后燃燒室的氣流速度會(huì)變大,這會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的起爆特性。渦輪對燃燒室壓力也有一定影響;渦輪葉片對爆震波存在激波反射,不同當(dāng)量比下的激波反射強(qiáng)度不同,隨著當(dāng)量比的增大,爆震波的速度和壓力均呈現(xiàn)增大的趨勢,葉片反射的激波強(qiáng)度也會(huì)有所增大。
【圖文】：

、轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（Ｒｏｔａｔｉｎｇ邋Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ邋Ｅｎｇｉｎｅ，簡稱ＲＤＥ）正是以這種爆震燃燒推的一種新概念發(fā)動(dòng)機(jī)，它利用爆震波在環(huán)形燃燒室內(nèi)的一端連續(xù)旋轉(zhuǎn)傳播，爆另一端開口處高速排出并產(chǎn)生連續(xù)推力。正因?yàn)椋遥模艣]有傳統(tǒng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)子組件，故其具有結(jié)構(gòu)相對簡單且研制成本低的特點(diǎn)；此外還具有大比沖、高寬工作范圍等眾多性能優(yōu)勢，這對于開發(fā)新型高效航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)很有吸引力［１］。逡逑目前，關(guān)于ＲＤＥ的大多數(shù)研宄工作主要集中在用爆震燃燒室直接產(chǎn)生推進(jìn)推力應(yīng)航空、航天以及兵器等推進(jìn)領(lǐng)域。一個(gè)具有創(chuàng)新的想法是將爆震模式的燃燒和渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合形成爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)。旋轉(zhuǎn)爆震渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)作為其中一種創(chuàng)動(dòng)機(jī)已逐漸受到國內(nèi)外學(xué)者們的關(guān)注，它以ＲＤＥ的發(fā)展為基礎(chǔ)，將爆震燃燒能壓、燃燒效率高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)同傳統(tǒng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械功率提取方便的起來，以提高現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)性能。由于ＲＤＥ進(jìn)排氣過程基本屬于穩(wěn)態(tài)過程沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（Ｐｕｌｓｅ邋Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ邋Ｅｎｇｉｎｅ，簡稱ＰＤＥ）相比，，ＲＤＥ的進(jìn)出口壓力脈；其產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)爆震波對壓氣機(jī)和渦輪造成沖擊作用比脈沖爆震波引起的沖擊Ｍ，因而ＲＤＥ更適合與渦輪進(jìn)行組合，在降低成本的條件下實(shí)現(xiàn)動(dòng)力裝置高性性的突破。圖Ｕ為旋轉(zhuǎn)爆震燃燒室與渦輪（渦扇）組合動(dòng)力裝置。逡逑

體燃料能實(shí)現(xiàn)ＲＤＥ的起爆，而對于液體燃料而言，起爆則相對困難，但增加其活性可提逡逑高液體燃料的起爆成功率［９］。隨后研宄了預(yù)混氣噴注方式、噴注總壓、質(zhì)量流率、當(dāng)量逡逑比、推進(jìn)劑噴注壓降等因素對ＲＤＥ的影響。圖１．２為蘇聯(lián)ＬＩＨ的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。逡逑－邋邐邐邐逡逑（ａ）邋Ｈ２／Ａｉｒ爆震波結(jié)構(gòu)邐（ｂ）圓盤形試驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)果逡逑圖１．２蘇聯(lián)ＬＩＨ的實(shí)驗(yàn)結(jié)果逡逑２逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V231.2

【參考文獻(xiàn)】

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1 徐雪陽;武曉松;卓長飛;馬虎;;旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室摻混特性數(shù)值研究[J];彈道學(xué)報(bào);2015年03期

2 鄭權(quán);翁春生;白橋棟;;當(dāng)量比對液體燃料旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)爆轟影響實(shí)驗(yàn)研究[J];推進(jìn)技術(shù);2015年06期

3 林偉;周進(jìn);林志勇;劉世杰;;H_2/Air連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)推力測試(Ⅱ)-雙波模態(tài)下的推力[J];推進(jìn)技術(shù);2015年05期

4 林偉;周進(jìn);林志勇;劉世杰;;H_2/Air連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)推力測試(I)單波模態(tài)下的推力[J];推進(jìn)技術(shù);2015年04期

5 卓長飛;武曉松;封鋒;馬虎;;旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的數(shù)值模擬[J];推進(jìn)技術(shù);2014年12期

6 鄭權(quán);翁春生;白橋棟;;傾斜環(huán)縫噴孔式連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)[J];推進(jìn)技術(shù);2014年04期

7 劉世杰;林志勇;劉衛(wèi)東;林偉;;連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波傳播過程研究(Ⅱ):雙波對撞傳播模式[J];推進(jìn)技術(shù);2014年02期

8 劉世杰;劉衛(wèi)東;林志勇;林偉;;連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆震波傳播過程研究(Ⅰ):同向傳播模式[J];推進(jìn)技術(shù);2014年01期

9 陳潔;王棟;馬虎;刁吉陽;于棟梁;;軸向長度對旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的影響[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2013年04期

10 馬虎;封鋒;武曉松;王棟;余陵;;壓力條件對旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的影響[J];彈道學(xué)報(bào);2012年04期

本文編號(hào)：2629386