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航空学报 2025年第4期46卷 94-106页

作者：李凡刘铭江孙明波赵国焱马光伟赵晨翔国防科技大学空天科学学院高超声速冲压发动机技术重点实验室长沙410073

在马赫数2.52、总压1.34 MPa和总温1650 K的超声速来流条件下,对超燃冲压发动机燃烧室中乙烯燃烧释热的敏感因素开展实验研究。系统分析和对比了发动机中隔离段长度、喷注距离、凹腔深度、喉部大小等关键构型参数对乙烯燃烧释热的影响,... 详细信息

在马赫数2.52、总压1.34 MPa和总温1650 K的超声速来流条件下,对超燃冲压发动机燃烧室中乙烯燃烧释热的敏感因素开展实验研究。系统分析和对比了发动机中隔离段长度、喷注距离、凹腔深度、喉部大小等关键构型参数对乙烯燃烧释热的影响,结果表明乙烯燃烧释热对构型参数的敏感度与燃烧模态紧密相关。当燃烧处于纯超燃模态时,燃烧释热对构型参数的变化不敏感,而当燃烧处于双模态超燃(超燃模态)时则相反,之后随着当量比增加,燃烧逐渐过渡为双模态亚燃(亚燃模态)时,燃烧释热对构型参数变化的敏感度逐渐下降。总的来说,不同构型参数对燃烧释热的影响程度从高到低依次是喉部大小>隔离段长度>喷注距离>凹腔深度。

关键词：超燃冲压发动机凹腔超声速流动燃烧释热燃烧模态

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当量比对氢燃料超燃燃烧室流场结构和燃烧模态影响研究

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推进技术 2019年第2期40卷 324-330页

作者：钟富宇乐嘉陵韩亦宇岳茂雄苏铁田野中国空气动力研究与发展中心吸气式高超声速技术研究中心四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所四川绵阳621000

为了考察氢气当量比对超燃燃烧室流场结构和燃烧模态的影响,采用试验方法和多种测量手段对其进行了研究。试验在中国空气动力研究与发展中心1kg/s脉冲直连式风洞设备上开展,采用纹影、差分干涉、自发光照相和PLIF (Planar Laser-Induced... 详细信息

为了考察氢气当量比对超燃燃烧室流场结构和燃烧模态的影响,采用试验方法和多种测量手段对其进行了研究。试验在中国空气动力研究与发展中心1kg/s脉冲直连式风洞设备上开展,采用纹影、差分干涉、自发光照相和PLIF (Planar Laser-Induced Fluorescence)等光学测量手段观察了流场内激波串结构和火焰传播与稳定的形态,并进一步结合壁面压力数据分析了发动机的燃烧模态。研究表明:在来流为马赫数2.0,总温950 K,总压0.8 MPa的条件下,随着氢气当量比的增加,激波串头部的位置不断向隔离段上游推进,同时燃烧流场结构由稳定逐渐转变为振荡,发动机的燃烧模态经历了超燃、过渡和亚燃。当氢气当量比≤0.233时,发动机燃烧模态为超燃,燃烧流场结构稳定,火焰连续分布于凹槽下部剪切层内;当氢气当量比在0.233～0.279时,燃烧反压开始扰入隔离段内,发动机燃烧转变为过渡模态;当氢气当量比大于0.279时,发动机燃烧模态为亚燃,燃烧流场结构振荡且火焰分布为不连续的破碎状,燃烧反压逐渐前扰至隔离段中部位置。因此,氢气当量比对超燃冲压发动机燃烧流场结构和燃烧模态有较大影响。

关键词：超燃冲压发动机氢气燃烧模态差分干涉平面激光诱导荧光系统

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超燃发动机燃烧模态判别准则初步研究

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推进技术 2015年第8期36卷 1121-1126页

作者：肖保国晏至辉田野邢建文中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000

为建立超燃发动机燃烧模态定量判别准则,针对马赫数3.0,总温1500K,总压2.1MPa的来流,完成了燃烧模态的实验和数值模拟研究。对比分析了不同当量比条件下燃烧室马赫数分布和隔离段激波结构,确定了燃烧模态判别采用的两个压力测点特征位置... 详细信息

为建立超燃发动机燃烧模态定量判别准则,针对马赫数3.0,总温1500K,总压2.1MPa的来流,完成了燃烧模态的实验和数值模拟研究。对比分析了不同当量比条件下燃烧室马赫数分布和隔离段激波结构,确定了燃烧模态判别采用的两个压力测点特征位置,研究了燃油增加过程中特征位置壁面压强比值的动态特性。结果表明,随着当量比的增加,燃烧模态由超燃模态转变为亚燃模态,当量比0.6是超燃模态过渡到亚燃模态的转换点。特征位置压比变化率最大时刻的比值1.5可以作为定量判别燃烧模态的依据,当特征位置壁面压强比值小于1.5时为超燃模态,大于1.5时为亚燃模态。

关键词：超燃发动机燃烧模态判别准则实验数值模拟

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当量比对燃烧模态的影响机理分析

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推进技术 2015年第4期36卷 488-494页

作者：王西耀肖保国田野晏至辉中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心吸气式高超声速技术研究中心四川绵阳621000

为了深入分析当量比对燃烧模态的影响机理,通过试验和计算研究了不同当量比条件下超燃冲压发动机燃烧室流场,给出了释热速率的计算方法。结果表明,数值模拟结果具有一定的可靠性,并基于数值模拟结果,提出了模态形成过程中释热和流动速... 详细信息

为了深入分析当量比对燃烧模态的影响机理,通过试验和计算研究了不同当量比条件下超燃冲压发动机燃烧室流场,给出了释热速率的计算方法。结果表明,数值模拟结果具有一定的可靠性,并基于数值模拟结果,提出了模态形成过程中释热和流动速度的反馈平衡机理。给出了三种燃烧模态及其特征,超燃模态,燃烧释热为分布式,燃烧室流动速度为超声速,隔离段无分离;亚燃模态,燃烧释热为集中式,燃烧室流动为亚声速,隔离段存在大分离以及强激波串;混合模态,燃烧释热为集中式,燃烧室流动同时存在亚声速和超声速,隔离段存在大分离以及强激波串。提出了高当量比条件下实现超声速燃烧的方法,即在扩张段注油,避免集中式释热。

关键词：超燃冲压发动机释热速率燃烧模态当量比

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超燃冲压发动机燃烧模态转换直连式实验研究

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推进技术 2019年第2期40卷 339-346页

作者：肖保国李莉张顺平晏至辉刘彧中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000

为获得燃烧模态转换过程对超燃冲压发动机工作特性的影响,在直连式实验台上,通过液态煤油流量的线性变化,开展了飞行马赫数4.5条件下燃烧室不同工作模态的转换实验。通过对特征位置和参数的监测,实现了燃烧模态的实时判别,获得了燃烧模... 详细信息

为获得燃烧模态转换过程对超燃冲压发动机工作特性的影响,在直连式实验台上,通过液态煤油流量的线性变化,开展了飞行马赫数4.5条件下燃烧室不同工作模态的转换实验。通过对特征位置和参数的监测,实现了燃烧模态的实时判别,获得了燃烧模态转换过程对发动机性能的影响规律。实验结果表明,在燃烧模态转换过程中滞环现象明显,燃烧室压力和发动机推力性能存在突变。在燃油流量以相同的速率增加和减小过程中发生模态转换时刻的燃油当量比存在差异,分别为0.55和0.488,两个转换点燃烧室比推相差8.05%。在滞环区间内,对于同一当量比,会存在两个不同燃烧模态,对应不同的发动机推力性能。

关键词：超燃冲压发动机燃烧模态转换直连式实验

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固体超燃冲压发动机燃烧模态转换研究

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固体火箭技术 2023年第2期46卷 167-178页

作者：赵李北夏智勋马立坤陈斌斌冯运超李潮隆杨鹏年刘延东国防科技大学空天科学学院长沙410073

对固体超燃冲压发动机的模态转换现象和燃烧室工作特性开展了地面直连试验和数值模拟研究。试验在Ma=6,25 km的条件下实现燃烧模态由超燃转换为亚燃,再转换为超燃的动态变化。数值模拟获得了对应燃烧模态下发动机燃烧室的流场参数变化... 详细信息

对固体超燃冲压发动机的模态转换现象和燃烧室工作特性开展了地面直连试验和数值模拟研究。试验在Ma=6,25 km的条件下实现燃烧模态由超燃转换为亚燃,再转换为超燃的动态变化。数值模拟获得了对应燃烧模态下发动机燃烧室的流场参数变化及工作特性。将隔离段出口马赫数作为燃烧模态判别准则,基于隔离段绝热假设计算出隔离段出口马赫数,实现发动机燃烧模态的实时判别,并通过数值模拟结果验证了该方法的可行性。试验结果表明,改变燃料喷注方式能够实现燃烧模态的变化,亚燃模态下的性能明显高于超燃模态。数值结果表明,发动机隔离段及燃烧室内激波强度和位置受到横向射流与燃烧释热的共同影响,且不同燃烧模态下影响激波的主要因素不同。发动机燃烧室工作在亚燃模态下的性能最佳,总压恢复系数为0.44,总燃烧效率为0.79。其中,亚燃模态下硼颗粒和碳颗粒的燃烧效率分别为0.78和0.65。

关键词：固体超燃冲压发动机双模态燃烧模态燃烧室

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矩形截面超燃发动机不同燃烧模态下的流场特征

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实验流体力学 2018年第4期32卷 12-19页

作者：何粲邢建文肖保国邓维鑫刘伟雄中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000

为研究乙烯燃料矩形截面超燃冲压发动机不同燃烧模态下的流动特性,在直连式试验的基础上对冷流和不同当量比的4个状态进行了三维定常数值模拟,比较了试验和计算结果,选择了适用于本构型的模态判别准则,给出了流道内壁面压力、一维平均... 详细信息

为研究乙烯燃料矩形截面超燃冲压发动机不同燃烧模态下的流动特性,在直连式试验的基础上对冷流和不同当量比的4个状态进行了三维定常数值模拟,比较了试验和计算结果,选择了适用于本构型的模态判别准则,给出了流道内壁面压力、一维平均马赫数的沿程分布规律,分析了各状态下流场中波系结构、流动分离及燃烧的特征。研究结果表明:采用AHL3D对该发动机进行三维计算所得壁面压力与试验壁压吻合良好,试验与计算具有较好的一致性;未注油的冷态情况下流道内形成由多道斜激波与膨胀波组成的反射波系,壁面压力波动较大,波系分布主要受流道结构影响;纯超燃模态时,燃料喷射与主流相互作用使注油位处形成明显激波,压升起点固定在注油位之后,注油位波系对流场结构的影响较大,同时分离结构分布在整个凹槽内;双模态超燃时,流道内主导波系是激波诱导边界层分离形成的斜激波串结构,燃烧室内波系较弱,此时隔离段内激波串前缘后的角区出现分离,凹槽内分离区域减小;双模态亚燃时,随着逆压梯度激波串的前移,隔离段内角区的分离面积不断扩大,凹槽内分离区进一步缩小。发动机处于双模态超燃或双模态亚燃模态时,随着激波串结构的形成与前移,部分燃烧可能在隔离段内完成;而对于纯超燃模态,燃烧仅发生在凹槽与扩张段内,化学反应与高温区的分布相对更集中。

关键词：超燃冲压发动机乙烯燃烧模态波系分离

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基于可视化快速压缩机的爆震及燃烧模态转变机理研究

基于可视化快速压缩机的爆震及燃烧模态转变机理研究

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作者：胡祯天津大学

学位级别：硕士

内燃机高强化是实现汽车节能减排和提高热效率的主要技术方向,而爆震现象是高强化内燃机突破热效率极限的瓶颈所在。由于爆震对发动机具有极强的破坏性,目前对于高强化内燃机爆震及其燃烧模态转变机理尚不十分清楚。本文基于一台可视化... 详细信息

内燃机高强化是实现汽车节能减排和提高热效率的主要技术方向,而爆震现象是高强化内燃机突破热效率极限的瓶颈所在。由于爆震对发动机具有极强的破坏性,目前对于高强化内燃机爆震及其燃烧模态转变机理尚不十分清楚。本文基于一台可视化快速压缩机,开展了高强化内燃机工作条件下的爆震特性及其关键影响因素研究。研究结果可以完善爆震燃烧理论,为高强化发动机的爆震调控提供重要指导。首先,研究了初始热力学条件和壁面温度对爆震燃烧特性的影响研究。研究表明:随着初始温度、初始压力的提高或当量比趋近于1,自燃时刻提前,爆震强度不断增强。基于有效能量密度量化了不同初始热力学条件对爆震的影响权重,发现爆震强度和有效能量密度存在很强的相关性。对比了压燃和点燃条件下的爆震特性,发现主火焰传播可以显著提高末端混合气的温度和压力,促进局部自燃;同时热力学状态的升高也促进了二次自燃和DDT的产生。此外,壁面温度的升高同样可以使自燃时刻提前,爆震强度升高;但是对于不同燃料来说,壁面温度与能量密度相互作用对爆震强度的影响效果存在差异。其次,研究了燃料特性对自燃和爆震特性的影响,重点关注了低温化学反应控制的NTC现象和混合气化学反应活性的重要作用。研究表明:对于异辛烷,增加进气压力可以加快自燃反应波的传播并增强爆震;而对于甲烷,即使热力学条件更高,燃烧相位仍然延迟,其末端气体自燃始终表现为亚声速爆燃且不引起压力振荡。基于热力学状态和化学反应活性的分析表明,虽然异辛烷在自燃时刻的热力学状态相比甲烷更低,但具有更强的化学反应活性。相同反应流场条件下,化学反应活性较高的异辛烷倾向于诱发超声速爆燃和爆轰。最后,初步探索了层流与湍流工况下爆震燃烧特性的差异。研究表明,湍流扰动促进近壁冷流与缸内热混合气混合,降低了混合气整体温度,降低混合气的化学反应活性,点火延迟期增加,进而有效抑制爆震的产生。相比于层流工况,湍流工况自燃反应波速度远低于层流工况。较低热力学条件下,二次自燃并不会引发DDT,而是由较慢的多点自燃完成燃烧过程。随着热力学条件的增加,混合气反应活性提高,导致强烈的二次自燃并促进燃烧模态的转变,爆震强度增强。

关键词：快速压缩机爆震燃烧模态自燃初始条件燃料特性湍流

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超声速条件下等离子体对燃烧模态影响研究

超声速条件下等离子体对燃烧模态影响研究

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作者：张浩然哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

对于冲压发动机来说其最大的需求便是能够在宽马赫数范围内运行,但是不同飞行工况下要实现不同的工作状态的转换,这对发动机性能有着重要影响。放电产生的等离子体由于其物化特性在燃烧方面具有不同的作用机制,这对其通过改变燃烧释热... 详细信息

对于冲压发动机来说其最大的需求便是能够在宽马赫数范围内运行,但是不同飞行工况下要实现不同的工作状态的转换,这对发动机性能有着重要影响。放电产生的等离子体由于其物化特性在燃烧方面具有不同的作用机制,这对其通过改变燃烧释热的途径实现燃烧模态的转换提供了新的方向。因而,本文对利用等离子体实现燃烧模态转换的方法进行研究,采用实验与数值模拟相结合的研究方法,从等离子体对燃烧模态转换的原理分析、等离子体对燃烧释热改变的原理验证、等离子体对燃烧模态转换的仿真计算与实验验证四个方面以递进式的研究思路开展工作。首先,对燃烧模态的基本特性及不同路径实现其转换的机理进行总结,详细分析等离子体通过对燃烧释热分布改变实现燃烧模态的转换原理,进而通过数值模拟的方法得到了不同等离子体激励强度对燃烧释热速率具有不同程度增强作用的结果,发现了等离子体能够对燃烧释热分布产生改变。其次,根据超声速燃烧室中的放电与燃烧特点设计了一种同轴低速协流燃烧装置,进行等离子体对燃烧释热改变的原理验证实验。分别在不同的放电强度、放电位置、协流当量比工况下,对火焰光强、最大宽度等燃烧特性参数进行分析,得到了等离子体对燃烧释热分布的作用规律,证明了等离子体能够对燃烧释热情况产生促进作用。然后,利用数值仿真的方法对超声速来流不同燃油当量比不同放电激励强度条件下燃烧状态的流场特性参数进行具体的分析,判定不同情况下的燃烧模态,从而得到了不同放电激励强度、中心与支板油当量比与燃烧模态的关系,掌握不同工况中等离子体效应下的燃烧释热情况对燃烧模态的作用。最后,在超声速流动条件下轴对称式发动机环境中开展等离子体对燃烧模态转换的实验工作。先进行放电激励等离子体装置的设计与其集成安装,再在不同中心与支板燃油当量比下进行不同放电激励强度下燃烧模态转换实验,并将实验结果与数值模拟结果进行对比分析,实现了不同等离子体激励强度下燃烧模态的转换,验证了等离子体能够对燃烧释热改变实现燃烧模态转换的可行性。

关键词：超声速燃烧等离子体燃烧模态释热分布

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超燃冲压发动机燃烧模态气动特性分析

超燃冲压发动机燃烧模态气动特性分析

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第四届高超声速科技学术会议

作者：项林孙强中国航天科工集团三十一研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室

本文通过简化一维气动模型对高超声速冲压发动机燃烧室的两种典型燃烧模态----超燃烧模态和亚燃烧模态----进行了气动热力学分析,得到了它们的基本特性以及相互关系。在工作范围方面,对于亚燃模态而言,存在最大加热比和最小加热比,分别... 详细信息

本文通过简化一维气动模型对高超声速冲压发动机燃烧室的两种典型燃烧模态----超燃烧模态和亚燃烧模态----进行了气动热力学分析,得到了它们的基本特性以及相互关系。在工作范围方面,对于亚燃模态而言,存在最大加热比和最小加热比,分别对应激波推到隔离段入口和激波即将吞入下游气动喉道----加热比小于最小值则转为超燃模态,加热比大于最大值则会将激波推入进气道喉道导

关键词：超燃冲压发动机燃烧模态模态转换

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