旋转爆轰燃烧室与涡轮导向器集成特性数值研究

作     者：孟博威 马虎 夏镇娟 周长省 MENG Bowei;MA Hu;XIA Zhenjuan;ZHOU Changsheng

作者机构：南京理工大学机械工程学院特种动力技术教育部重点实验室南京210094 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2024年第45卷第10期

页      面：124-144页

核心收录：

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 0707[理学-海洋科学] 0817[工学-化学工程与技术] 080103[工学-流体力学] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 081402[工学-结构工程] 0814[工学-土木工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0701[理学-数学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(12072163,52106161) 先进航空动力创新工作站项目(HKCX2020-02-007-002) 国防科技重点实验室基金(2023LB013003) 

主　　题：旋转爆轰燃烧室 涡轮导向器 叶栅稠度 流场结构 工作特性 

摘      要：为了研究叶栅稠度对旋转爆轰燃烧室-涡轮导向器流场分布和工作特性的影响,以便进一步优化旋转爆轰燃烧室与涡轮导向器的相关设计,基于SST k-ω黏性湍流模型求解二维非定常雷诺平均Navier-Stokes控制方程,并结合间歇因子转捩模型,爆轰燃烧机理采用正癸烷-空气单步反应,通过在初始流场施加高温高压区诱发爆轰波,分别对具有6种不同叶栅稠度导向器和不具备导向器的旋转爆轰燃烧室开展数值计算,对瞬态流场演变和波系结构进行了讨论分析,评估了不同叶栅稠度下导向器的工作特性。研究结果表明:导向器上下游均形成了动态的耙式激波包络面,其结构和强度受叶栅稠度影响,爆轰流场特性保证了叶栅通道自起动能力。导向器抑制了上游压力峰值,峰值衰减率最高可达60.87%。爆轰燃烧的总压增益得到提高,导向器出口增压比最高为1.24,出口增压比频率与叶栅稠度大小呈正相关,最高可达143.33 kHz。叶栅通道对爆轰产物具有一定流动调节能力,时均落后角最小为1.84°,出口时均马赫数最高为1.38,此外出口气流角均匀性显著提高。研究结果揭示了导向器对提高连续旋转爆轰涡轮发动机性能的潜在价值,对该种发动机的设计优化以及工程化应用提供了一定指导。