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机动飞行条件下固冲发动机补燃室绝热层烧蚀实验研究

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推进技术 2024年

作者：闫航程吉明刘杰李海波冯喜平侯晓西北工业大学固体推进全国重点实验室北京动力机械研究所

总体机动飞行引发的过载效应会导致固体火箭冲压发动机补燃室燃气积聚，并在绝热层局部形成烧蚀严重区域。针对这一问题，设计并搭建了一套模拟机动飞行条件下补燃室烧蚀热环境的实验装置，通过数值模拟获得了装置内两相流场参数的变化... 详细信息

总体机动飞行引发的过载效应会导致固体火箭冲压发动机补燃室燃气积聚，并在绝热层局部形成烧蚀严重区域。针对这一问题，设计并搭建了一套模拟机动飞行条件下补燃室烧蚀热环境的实验装置，通过数值模拟获得了装置内两相流场参数的变化规律，实现了补燃室内压力、绝热层表面温度、燃气速度、燃气与绝热层间夹角等烧蚀影响参数的可控。利用该装置对某典型固冲发动机机动飞行工况开展了实验，结果表明，实验结果满足补燃室烧蚀严重区域目标参数模拟要求，目标压强为0.45 MPa，实验测量压强为0.467 MPa，相对误差为3.78%；实验过程中温度测试结果为1245 K、1341 K，与数值仿真结果相比相对误差分别为5.62%和5.14%，数值仿真得到的试件中心温度为2367 K，与目标温度相比相对误差为2.9%；实验用绝热层在燃气直接作用区域形成了冲刷凹坑，最大烧蚀位置的线烧蚀率约为0.03 mm/s，非直接作用区域试件膨胀，凹坑形状受试件附近流场分布规律影响。

关键词：固冲发动机模拟机动条件富氧两相环境烧蚀实验系统硅橡胶绝热层

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多变量调节固冲发动机性能分析

弹箭与制导学报 2022年第5期42卷 117-122页

作者：王远远孙振华沈欣贺永杰中国空空导弹研究院河南洛阳471009 航空制导武器航空科技重点实验室河南洛阳471009 空装驻洛阳地区第一军事代表室河南洛阳471009

针对多变量调节、喷管调节、进气道调节及定几何固冲发动机开展全飞行包线工作性能数值仿真,对比分析了不同类型固冲发动机不同工况下工作性能的分布情况和具体差异。结果表明,可调喷管可提高小喉径不可调喷管低空低速和大喉径不可调喷... 详细信息

针对多变量调节、喷管调节、进气道调节及定几何固冲发动机开展全飞行包线工作性能数值仿真,对比分析了不同类型固冲发动机不同工况下工作性能的分布情况和具体差异。结果表明,可调喷管可提高小喉径不可调喷管低空低速和大喉径不可调喷管高空高速时的推力性能;低速和高速状态下可调进气道和可调喷管分别对推力提升作用更大;在使用可调喷管的基础上使用可调进气道不仅能最大限度提高发动机推力和比冲,还可扩大发动机的正常工作包线;与中等喷管喉径定几何固冲发动机相比,多变量调节固冲发动机在高度为5 km,速度为Ma 2.5时推力提高24%,在高度为20 km,速度为Ma 4时比冲提高26%。

关键词：多变量调节固冲发动机性能分析进气道喷管全包线数值仿真

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固冲发动机补燃室掺混过程评估方法研究

固体火箭技术 2013年第6期36卷 731-735页

作者：陈斌斌夏智勋王德全胡建新马立坤赵湘恒国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室长沙410073

补燃室燃烧性能与内部掺混流动过程有着紧密的联系,为了解和研究固冲发动机补燃室内多相射流与空气掺混过程,掌握多股多相射流掺混过程输运扩散机理,增进人们对于掺混燃烧过程的理解与认识,本文在成熟商业软件的基础上,开发了一种能够... 详细信息

补燃室燃烧性能与内部掺混流动过程有着紧密的联系,为了解和研究固冲发动机补燃室内多相射流与空气掺混过程,掌握多股多相射流掺混过程输运扩散机理,增进人们对于掺混燃烧过程的理解与认识,本文在成熟商业软件的基础上,开发了一种能够较精确地预示补燃室内多相射流与空气掺混流动过程的数值仿真软件,建立了补燃室多相湍流掺混过程的计算模型,经试验验证仿真误差小于5%。在此基础上,建立了多相湍流混合扩散过程评估方法,提出了颗粒掺混度、气相掺混度和局部氧燃比等概念。可定量分析补燃室内空间各点的掺混程度,帮助人们了解掺混,并从掺混的角度认识补燃室燃烧原理与过程,同时为补燃室掺混增强技术研究及掺混燃烧理论奠定基础。

关键词：固冲发动机数值仿真掺混评估方法颗粒掺混度局部氧燃比

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固冲发动机三工况转级试验气流转换装置设计

固体火箭技术 2012年第3期35卷 419-422页

作者：何德胜李广武杨威赵继伟鲍福廷西北工业大学航天学院西安710072 中国航天科技集团公司四院401所西安710025

根据固冲发动机三工况转级试验时序要求,设计一套气流转换试验装置,实现来流的溢流和无溢流供气转换。根据试验结果分析,气缸工作压强最低为0.5 MPa,最大工作压强为0.8 MPa;对于进气模拟参数分别为流量4 kg/s,温度550 K的试验工况,气缸... 详细信息

根据固冲发动机三工况转级试验时序要求,设计一套气流转换试验装置,实现来流的溢流和无溢流供气转换。根据试验结果分析,气缸工作压强最低为0.5 MPa,最大工作压强为0.8 MPa;对于进气模拟参数分别为流量4 kg/s,温度550 K的试验工况,气缸与排气腔之间石棉垫绝热密封效果良好,不需要对气缸采取冷却措施;而对于进气模拟参数分别为流量6 kg/s,温度625 K的试验工况,需要对气缸采取冷却措施。气流转换装置满足试验要求,且结构合理、简便,操作简单。

关键词：固冲发动机三工况转级试验气流转换装置

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固冲发动机与飞航导弹一体化流场数值模拟

固体火箭技术 2013年第2期36卷 185-189页

作者：牛楠董新刚霍东兴李璞中国航天科技集团公司四院四十一所西安710025

基于弹身/进气道/补燃室一体化流场数值模型,研究了导弹飞行姿态变化对整个流场结构及固冲发动机性能的影响。结果表明,在保持空燃比不变时,攻角的增大有效提高了发动机推力;大攻角25°时燃气受空气的冲击作用主要集中在补燃室上部,和... 详细信息

基于弹身/进气道/补燃室一体化流场数值模型,研究了导弹飞行姿态变化对整个流场结构及固冲发动机性能的影响。结果表明,在保持空燃比不变时,攻角的增大有效提高了发动机推力;大攻角25°时燃气受空气的冲击作用主要集中在补燃室上部,和空气接触面积减小,二次燃烧效率降低;进气道裕度随攻角变化不大。侧滑角的增大使发动机推力和进气道裕度减小;侧滑角的存在,导致补燃室内流场结构不再对称分布,此时燃气和空气的掺混度减小,导致了二次燃烧效率降低。

关键词：固冲发动机一体化流场补燃室数值模拟

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固冲发动机设计点性能迭代计算(英文)

固体火箭技术 2010年第4期33卷 401-405页

作者：霍东兴何国强陈林泉李岩芳西北工业大学航天学院西安710072 中国航天科技集团公司四院四十一所西安710025

固冲发动机热力学性能参数计算是发动机性能计算的重要部分,通常是针对特定的推进剂建立热力学数据表格,然后通过插值取得相应参数。通过对NASA CEA程序进行二次开发,使其成为便于应用的子程序,并以补燃室热力计算为基础,通过给定推进... 详细信息

固冲发动机热力学性能参数计算是发动机性能计算的重要部分,通常是针对特定的推进剂建立热力学数据表格,然后通过插值取得相应参数。通过对NASA CEA程序进行二次开发,使其成为便于应用的子程序,并以补燃室热力计算为基础,通过给定推进剂配方、进气道总压恢复系数、补燃室燃烧效率、比冲效率等设计参数,建立了满足总体推力要求的固冲发动机设计点性能迭代计算方法,为固冲发动机方案设计提供了一种实用工具。

关键词：固冲发动机性能计算设计点热力计算

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固冲发动机补燃室流场条件下硼燃烧试验研究

含能材料 2015年第3期23卷 248-252页

作者：刘道平夏智勋黄利亚胡建新国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073 国防科技大学航天科学与工程学院湖南长沙410073

建立了一套固冲发动机地面模拟试验系统,用于研究补燃室流场条件下硼的燃烧,该试验系统用乙醇与氧气反应加热硼颗粒,并与空气二次燃烧的方式,模拟含硼固冲发动机的工作过程,其一次燃烧产物主要为H2、CO和硼颗粒,补燃室总温、静温值为130... 详细信息

建立了一套固冲发动机地面模拟试验系统,用于研究补燃室流场条件下硼的燃烧,该试验系统用乙醇与氧气反应加热硼颗粒,并与空气二次燃烧的方式,模拟含硼固冲发动机的工作过程,其一次燃烧产物主要为H2、CO和硼颗粒,补燃室总温、静温值为1300-1400K,总压、静压值为0.4-0.5MPa,马赫数值为0.35左右,与真实固冲发动机相关参数值相符合。基于此试验系统,采集了燃气发生器、补燃室进气口、掺混区、燃烧区和喷管等位置的凝相燃烧产物。扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线能谱（EDS）分析结果表明,硼在反应过程中呈颗粒状,整体形貌变化不太明显,大部分的硼在补燃室中完成反应,燃烧区硼的反应量最大,靠近喷管区域次之,掺混区域最少。

关键词：固冲发动机补燃室硼试验研究

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固冲发动机射流控制可调进气道研究

固体火箭技术 2010年第4期33卷 396-400页

作者：冯喜平林志远郑亚李进贤西北工业大学航天学院西安710072

针对固定几何形状固冲发动机超音速进气道在超额定状态下工作时品质降低问题,提出从补燃室引入燃气喷入外压缩面和喉道实现对进气道外压缩波系和有效喉道面积进行调节的方案,采用数值模拟方法摸索了实现调节的燃气喷射规律,验证了方案... 详细信息

针对固定几何形状固冲发动机超音速进气道在超额定状态下工作时品质降低问题,提出从补燃室引入燃气喷入外压缩面和喉道实现对进气道外压缩波系和有效喉道面积进行调节的方案,采用数值模拟方法摸索了实现调节的燃气喷射规律,验证了方案的可行性。研究表明,采用射流控制方案可实现固冲发动机进气道调节,通过调节可使外压缩波系保持封口,进气道工作在额定状态,均化了入口流场;喉部射流注入可有效减小主流的流通面积,提高内收缩比,并减小了喉道出口下壁面附面层厚度,进气道出口总压恢复提高显著。

关键词：固冲发动机可调进气道射流控制数值模拟

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固冲发动机补燃室流场的实验校测

推进技术 2006年第3期27卷 205-207页

作者：刘佩进董昊魏祥庚李宇飞西北工业大学航天工程学院陕西西安710072

发展了一种利用补燃室温度场测量对数值计算的有效性进行校测的方法,设计了实验发动机并开展了直连实验,对非壅塞式固冲发动机开展研究。根据测量的数据计算了燃气发生器和进气道的出口参数,并将之作为补燃室的入口边界条件开展数值模... 详细信息

发展了一种利用补燃室温度场测量对数值计算的有效性进行校测的方法,设计了实验发动机并开展了直连实验,对非壅塞式固冲发动机开展研究。根据测量的数据计算了燃气发生器和进气道的出口参数,并将之作为补燃室的入口边界条件开展数值模拟。实验获得的温度场和数值模拟获得的结果在一定程度上吻合较好,从一个侧面验证了数值方法的有效性。

关键词：固冲发动机补燃室数值仿真实验校验