两级脉冲爆震发动机数值模拟

作     者：邱彦杰 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：武晓松

授予年度：2011年

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：两级脉冲爆震发动机 激波 爆震起爆 谐振腔 射流参数 多循环 爆震频率 

摘      要：脉冲爆震发动机（PDE,Pulse Detonation Engine）是一种基于爆震燃烧的新概念推进系统,被广泛认为是21世纪最有发展意义的革命性航空航天动力装置之一。有效点火是脉冲爆震发动机的关键技术之一。两级脉冲爆震发动机的起爆基于激波在谐振腔内形成高温高压区域,进而起爆混合气体。本文采用数值模拟手段,对该类型发动机谐振腔流场进行了研究,数值计算方法采用耦合显式算法,化学反应模型采用单步氢气/空气化学反应。 本文主要包括三部分： 第一部分,模拟了无燃烧反应的情况下采用椭球型、抛物型、锥型、直管型四种不同结构谐振腔的流场发展过程,并在此基础上研究了腔深对于谐振腔内先后形成的两次高温高压区域内温度、压力的影响。研究发现抛物型和椭球型均存在最佳腔深,而锥型和直管型在顶点附近形成的高温高压区域内的参数则随腔深呈线性变化。 第二部分,在谐振腔预填充燃料的基础上,通过数值模拟研究了不同入射温度和入射压力对于轴线起爆的影响。在此基础上选取合适的入口参数,成功实现了轴线起爆,并在流场发展过程中捕捉到再次聚焦现象。进一步研究发现当射流压力低于某一临界值时,则只能在顶点处起爆。 第三部分,通过加装扩张段和将射流和燃料供给分离的方法实现了两级脉冲爆震发动机的多循环工作过程,发动机在一个循环后达到稳定,爆震频率达到1.9KHz。