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固体火箭超燃冲压发动机燃烧室构型对燃烧特性影响研究

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空天防御 2024年第3期7卷 54-63页

作者：赵李北夏智勋马立坤陈斌斌冯运超杨鹏年李潮隆刘延东国防科技大学高超声速技术实验室湖南长沙410073

为进一步提升固体火箭超燃冲压发动机燃烧性能,明晰燃烧室设计参数对发动机燃烧模态及性能的影响和作用规律,利用数值模拟分析了燃烧室最小几何喉道和凹腔前缘与燃料喷注口距离对燃烧室流动与气固两相燃气燃烧特性的影响。研究表明:燃... 详细信息

为进一步提升固体火箭超燃冲压发动机燃烧性能,明晰燃烧室设计参数对发动机燃烧模态及性能的影响和作用规律,利用数值模拟分析了燃烧室最小几何喉道和凹腔前缘与燃料喷注口距离对燃烧室流动与气固两相燃气燃烧特性的影响。研究表明:燃烧室最小几何喉道通过影响燃烧室内的阻塞程度,进而改变燃烧室内的热力喉道位置;随着凹腔前缘与燃料喷注口距离的增大,其产生的低速区对气流的阻塞作用更强,进而延长颗粒相燃料在燃烧室中的滞留时间,提升燃烧效率;颗粒相燃料的燃烧效率是决定燃料总燃烧效率的主要因素,从而影响燃烧室性能提升和燃烧模态的改变。

关键词：固体火箭超燃冲压发动机燃烧室燃烧特性硼颗粒

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固体火箭超燃冲压发动机性能试验

航空学报 2022年第12期43卷 182-194页

作者：李潮隆夏智勋马立坤赵翔罗振兵段一凡国防科技大学空天科学学院长沙410073

为了研究发动机构型、推进剂类型和当量比对固体火箭超燃冲压发动机的性能影响,选取了3种固体火箭超燃冲压发动机燃烧室构型,分别使用碳氢推进剂和含硼质量分数35%推进剂共计开展了8次地面直连试验。试验模拟了23 km、马赫数5.5的飞行工... 详细信息

为了研究发动机构型、推进剂类型和当量比对固体火箭超燃冲压发动机的性能影响,选取了3种固体火箭超燃冲压发动机燃烧室构型,分别使用碳氢推进剂和含硼质量分数35%推进剂共计开展了8次地面直连试验。试验模拟了23 km、马赫数5.5的飞行工况,通过测量推力、流量和压力等参数,得出了超声速燃烧室和发动机的整体性能参数,进而研究了发动机构型、推进剂类型以及当量比3个关键因素对固体火箭超燃冲压发动机的性能影响。结果表明:带有凹腔-支板组合装置的燃烧室构型虽然冷流内阻最大,但试验燃烧效率和比冲性能最优。针对带有凹腔-支板组合装置的燃烧室构型,使用碳氢推进剂的发动机性能整体优于使用含硼质量分数35%推进剂对应的性能参数;使用碳氢推进剂的极限掺混当量比大于0.7,而使用含硼质量分数35%推进剂的极限掺混当量比在0.65附近。这是由于相对碳颗粒,硼颗粒在超声速气流中燃烧组织更为困难导致的。相对于使用碳氢推进剂,使用含硼质量分数35%推进剂的一次燃烧产物更容易在喉部沉积,其燃气发生器压力曲线也存在更多峰值振荡的现象。在所研究的试验当量比范围内,使用碳氢推进剂的燃烧效率峰值约0.82,此时对应内推力比冲峰值约687 s;而使用含硼质量分数35%推进剂的燃烧效率峰值约0.69,此时对应内推力比冲峰值约592 s。

关键词：固体火箭超燃冲压发动机凹腔-支板组合装置燃烧性能当量比地面试验

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固体火箭超燃冲压发动机理论性能分析

航空学报 2023年第5期44卷 148-159页

作者：赵翔夏智勋方传波马立坤李潮隆段一凡海军航空大学第三飞行训练基地秦皇岛066000 国防科技大学空天科学学院长沙410073 火箭军研究院北京100085

基于布雷顿循环,考虑燃烧产物的离解,针对固体火箭超燃冲压发动机工作过程进行了建模研究,开展了发动机理论性能分析,研究了飞行参数、燃料种类对发动机性能的影响,探究了超燃冲压发动机的工作极限。结果表明:固体火箭超燃冲压发动机的... 详细信息

基于布雷顿循环,考虑燃烧产物的离解,针对固体火箭超燃冲压发动机工作过程进行了建模研究,开展了发动机理论性能分析,研究了飞行参数、燃料种类对发动机性能的影响,探究了超燃冲压发动机的工作极限。结果表明:固体火箭超燃冲压发动机的性能随着飞行马赫数的增大和飞行高度的升高而下降;当工作当量比增大时,质量比冲和体积比冲均下降,但比推力逐步上升;当工作空燃比增大时,比推力下降,但质量比冲和体积比冲均逐步升高。燃料种类对发动机性能有显著影响,在空燃比5~27的范围内,固体推进剂的体积比冲存在明显优势,但比推力和质量比冲不及氢气和煤油。相比于氢气和煤油,采用硼基固体推进剂作为燃料的超燃冲压发动机可以在更宽的飞行马赫数范围内工作,预示着固体火箭超燃冲压发动机宽包络飞行的潜力。

关键词：固体火箭超燃冲压发动机高马赫数离解发动机性能固体推进剂

固体火箭超燃冲压发动机硼基贫氧推进剂配方优选试验研究

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固体火箭技术 2022年第1期45卷 97-102页

作者：黄礼铿魏和平张先瑞杨玉新田凌寒张强中国航天科技集团有限公司四院四十一所西安710025 湖北航天化学技术研究所襄阳441003

针对固体火箭超燃冲压发动机中高焓多相超音速燃烧组织难题,通过改进含硼固体贫氧推进剂配方,为硼颗粒的点火燃烧提供良好的微环境,以进一步缩短硼颗粒的点火延迟时间,开展了三种推进剂配方的直连试验研究。试验结果表明,在5~10μm粒径... 详细信息

针对固体火箭超燃冲压发动机中高焓多相超音速燃烧组织难题,通过改进含硼固体贫氧推进剂配方,为硼颗粒的点火燃烧提供良好的微环境,以进一步缩短硼颗粒的点火延迟时间,开展了三种推进剂配方的直连试验研究。试验结果表明,在5~10μm粒径的基础上,进一步降低硼颗粒粒径至1~2μm,使颗粒的随流性增强,并使得掺混均匀度降低,抵消了硼颗粒粒径减小带来的燃烧性能优化作用;提高一次燃烧效率,使得一次燃气温度提升,硼颗粒的点火燃烧微环境得到改善,显著提高了一次燃气的超音速补燃效率。在试验工况下,硼颗粒的燃烧效率由基础配方的61.2%提高至83%,计算得到的发动机名义比冲由6016 N·s/kg提高至7996 N·s/kg,使其超音速燃烧性能得到了显著提高。

关键词：固体火箭超燃冲压发动机直连试验含硼固体贫氧推进剂

固体火箭超燃冲压发动机燃气喷射燃烧数值仿真研究

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航空动力学报 2023年

作者：陈永志石保禄赵马杰李鹏昌冯滢北京理工大学宇航学院

针对固体火箭超燃冲压发动机燃烧室内燃料滞留时间短、与空气来流掺混困难，火焰稳定性差，颗粒燃烧效率低等问题。基于欧拉——拉格朗日方法建立了两相流动燃烧数值模拟方法，利用最小自由能法及能量、质量守恒定律进行一次燃气简化。... 详细信息

针对固体火箭超燃冲压发动机燃烧室内燃料滞留时间短、与空气来流掺混困难，火焰稳定性差，颗粒燃烧效率低等问题。基于欧拉——拉格朗日方法建立了两相流动燃烧数值模拟方法，利用最小自由能法及能量、质量守恒定律进行一次燃气简化。基于某型带凹腔火焰稳定装置的固体火箭超燃冲压发动机模型，探究了不同燃气喷射角度、不同燃气喷射位置对发动机温升效率、总压恢复系数、凹腔性能、颗粒燃烧效率等参数的影响。结果表明该数值模拟方法具有较高的计算精度。研究发现增大燃气喷射角度可以提升燃料穿透深度，增加颗粒燃烧效率，但会造成总压损失升高；改变燃气喷射位置发现影响颗粒燃烧效率的原因不仅有颗粒的滞留时间，还包括颗粒所在区域的温度分布。

关键词：固体火箭超燃冲压发动机气固两相流动燃烧一次燃气超声速流动燃烧组织方案

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固体火箭超燃冲压发动机燃烧技术研究进展

航空学报 2023年第15期44卷 74-88页

作者：夏智勋冯运超马立坤陈斌斌李潮隆杨鹏年刘延东屈影赵康淳赵李北任鹏浩国防科技大学空天科学学院长沙410073

固体火箭超燃冲压发动机具有燃气流量调节方便、火焰稳定性好、掺混燃烧效率高等优势,有望成为未来高超声速导弹的优选动力装置,具有重要的军事应用价值。本文从固体火箭超燃冲压发动机燃烧技术角度综述了发动机燃烧组织技术的研究进展... 详细信息

固体火箭超燃冲压发动机具有燃气流量调节方便、火焰稳定性好、掺混燃烧效率高等优势,有望成为未来高超声速导弹的优选动力装置,具有重要的军事应用价值。本文从固体火箭超燃冲压发动机燃烧技术角度综述了发动机燃烧组织技术的研究进展,包括含硼贫氧固体推进剂燃烧研究、富燃燃气喷注技术研究和燃烧室燃烧增强技术研究。介绍了固体火箭超燃冲压发动机燃烧过程中的基础科学问题研究进展,包括超声速气流中气固两相输运特性和硼颗粒点火燃烧特性研究进展。最后,对固体火箭超燃冲压发动机燃烧技术进行了总结并对其未来发展方向进行了展望。

关键词：固体火箭超燃冲压发动机燃烧技术贫氧固体推进剂富燃燃气硼颗粒

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固体火箭超燃冲压发动机燃烧试验研究

固体火箭技术 2020年第5期43卷 549-553页

作者：黄礼铿胡广军胡豹田凌寒杨玉新中国航天科技集团有限公司四院四十一所西安710025

针对采用含硼固体贫氧推进剂的固体火箭超燃冲压发动机中凝相颗粒超音速燃烧组织难题,建立了模块化燃烧性能试验平台,超音速燃烧室入口马赫数为2.65,入口有一后向台阶,高温富燃燃气从后向台阶后喷注进入燃烧室,通过开展不同一次燃气喷... 详细信息

针对采用含硼固体贫氧推进剂的固体火箭超燃冲压发动机中凝相颗粒超音速燃烧组织难题,建立了模块化燃烧性能试验平台,超音速燃烧室入口马赫数为2.65,入口有一后向台阶,高温富燃燃气从后向台阶后喷注进入燃烧室,通过开展不同一次燃气喷注位置、喷注结构等参数下的地面直连试验研究,获得了不同燃气喷注位置和燃气喷注参数对掺混燃烧的影响规律。试验结果表明,采用含硼固体贫氧推进剂的固体火箭超燃冲压发动机实现了可靠稳定燃烧,通过增大后向台阶形成的掺混燃烧回流区和提高燃气掺混均匀度,可提高发动机掺混燃烧性能,最优试验工况下,燃烧室总压损失为72.7%,燃烧效率为0.793,燃烧室推力增益为459 N,计算得到的发动机比冲为7301 N·s/kg。

关键词：固体火箭超燃冲压发动机地面直连试验含硼固体贫氧推进剂燃烧组织

固体火箭超燃冲压发动机补燃室构型的影响分析

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固体火箭技术 2017年第4期40卷 432-436页

作者：刘仔陈林泉吴秋王立武中国航天科技集团公司四院四十一所西安710025

针对不同补燃室结构参数对固体火箭超燃冲压发动机补燃室掺混燃烧性能的影响进行研究,分析各级燃烧室的长度与扩张角度对补燃室性能的影响。采用基于密度的二阶迎风格式对补燃室掺混燃烧进行模拟,湍流模型和燃烧模型分别采用SST k-ω模... 详细信息

针对不同补燃室结构参数对固体火箭超燃冲压发动机补燃室掺混燃烧性能的影响进行研究,分析各级燃烧室的长度与扩张角度对补燃室性能的影响。采用基于密度的二阶迎风格式对补燃室掺混燃烧进行模拟,湍流模型和燃烧模型分别采用SST k-ω模型和涡团耗散模型。结果表明,提高燃烧效率与降低总压损失是相互矛盾的;燃烧效率随燃烧室长度的增加而增大,随燃烧室扩张角度的增加而减小;总压恢复系数随燃烧室长度的增加而减小,随燃烧室扩张角度的增加而增大;一级燃烧室的结构参数对燃烧效率与总压恢复系数的影响最大。当补燃室的总长与出口面积一定时,以发动机的总体性能参数作为补燃室构型的优化目标,对一、二级燃烧室长度与一、三级燃烧室扩张角度进行优化。

关键词：补燃室固体火箭超燃冲压发动机燃烧效率总压恢复系数

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固体火箭超燃冲压发动机性能试验研究

航空学报 2021年

作者：李潮隆夏智勋马立坤赵翔罗振兵段一凡国防科技大学空天科学学院

为了研究发动机构型、推进剂类型和当量比对固体火箭超燃冲压发动机的性能影响，选取了三种固体火箭超燃冲压发动机燃烧室构型，分别使用碳氢推进剂和含硼质量分数35%推进剂共计开展了8次地面直连试验。试验模拟了23km，马赫数5.5的飞... 详细信息

为了研究发动机构型、推进剂类型和当量比对固体火箭超燃冲压发动机的性能影响，选取了三种固体火箭超燃冲压发动机燃烧室构型，分别使用碳氢推进剂和含硼质量分数35%推进剂共计开展了8次地面直连试验。试验模拟了23km，马赫数5.5的飞行工况，通过测量推力、流量和压强等参数，得出了超声速燃烧室和发动机的整体性能参数，进而研究了发动机构型、推进剂类型以及当量比三个关键因素对固体火箭超燃冲压发动机的性能影响。结果表明：带有凹腔-支板组合装置的燃烧室构型虽然冷流内阻最大，但试验燃烧效率和比冲性能最优。针对带有凹腔-支板组合装置的燃烧室构型，使用碳氢推进剂的发动机性能整体优于使用含硼质量分数35%推进剂的对应性能参数；使用碳氢推进剂的极限掺混当量比大于0.7，而使用含硼质量分数35%推进剂的极限掺混当量比在0.65附近。这是由于相对碳颗粒，硼颗粒在超声速气流中燃烧组织更为困难导致的。相对于使用碳氢推进剂，使用含硼质量分数35%推进剂的一次燃烧产物更容易在喉部沉积，其燃气发生器压强曲线也存在更多峰值振荡的现象。在所研究的试验当量比范围内，使用碳氢推进剂的燃烧效率峰值约0.82，此时对应内推力比冲峰值约687s；而使用含硼质量分数35%推进剂的燃烧效率峰值约0.69，此时对应内推力比冲峰值约592s。

关键词：固体火箭超燃冲压发动机凹腔-支板组合装置性能试验当量比