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中国力学学会学术大会'2005

作者：黄生洪 Tohru Mitani Eijiro Kitamura 徐胜利中国科学技术大学力学与机械工程系日本NAL角田推进研究中心

火箭基组合动力循环(RBCC)在同一流道内有效地组合引射、亚燃、超燃及火箭动力循环,是未来单级入轨飞行器理想的动力装置。本文采用实验与数值模拟相结合的方法考察了RBCC引射冲压模态的壅塞机制对推力性能的影响。其中实验主要针对一个... 详细信息

火箭基组合动力循环(RBCC)在同一流道内有效地组合引射、亚燃、超燃及火箭动力循环,是未来单级入轨飞行器理想的动力装置。本文采用实验与数值模拟相结合的方法考察了RBCC引射冲压模态的壅塞机制对推力性能的影响。其中实验主要针对一个1/20模型(图1)展开,测量了沿流道壁面的压强分布,作为数值模拟校准的依据。并采用出口加塞节流的办法模拟二次燃烧压强上升的状态,考察引射流道的压强恢复性能。数值模拟采用Fluent软件,详细考察了试验模型的引射掺混机制并预估了4种改进结构的流场状态和推力增强性能,其中一种带二次燃烧的1/1结构

关键词：火箭基组合动力循环(RBCC) 引射冲压壅塞机制推力增强

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构型及二次燃烧对RBCC引射模态推力性能的影响

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空气动力学学报 2005年第2期23卷 139-143,172页

作者：黄生洪何洪庆何国强徐胜利中国科学技术大学力学与机械工程系合肥230026 西北工业大学航天工程学院西安710072

提出了掺混度模型并数值研究了五种构型和两种燃烧组织模式对RBCC发动机引射模态推力性能的影响,其中改进构型获得了推力增强。得出如下结论:(1)在引射掺混的前段,掺混过程主要由一次流喷管结构决定。而在引射掺混后段,后体构型对掺混... 详细信息

提出了掺混度模型并数值研究了五种构型和两种燃烧组织模式对RBCC发动机引射模态推力性能的影响,其中改进构型获得了推力增强。得出如下结论:(1)在引射掺混的前段,掺混过程主要由一次流喷管结构决定。而在引射掺混后段,后体构型对掺混过程影响较大。(2)获得较高掺混速率、较优引射比并在掺混过程中产生高于环境压强的流动状态是改进构型获得推力增强的两个重要因素。(3)与SMC燃烧组织模式相比,改进构型的SPI模式有效延迟了二次燃烧,不仅提高了燃烧效率而且没有使引射比过度下降。

关键词：火箭基组合动力循环(RBCC) 引射推力增强掺混度

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喷嘴结构对非稳态射流推力影响的试验研究

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流体机械 2023年第9期51卷 1-6页

作者：李银贺小峰余威华中科技大学机械科学与工程学院武汉430000

为了研究喷嘴结构对非稳态射流推进性能的影响,搭建了射流试验台架,以单个固定喷嘴生成非稳态射流,考察了锥型、锥直型和Wyszynski型3种喷嘴内腔结构以及30°,60°和90°3种喷嘴唇边结构。结果表明:锥型喷嘴的非稳态射流平均推力比锥直... 详细信息

为了研究喷嘴结构对非稳态射流推进性能的影响,搭建了射流试验台架,以单个固定喷嘴生成非稳态射流,考察了锥型、锥直型和Wyszynski型3种喷嘴内腔结构以及30°,60°和90°3种喷嘴唇边结构。结果表明:锥型喷嘴的非稳态射流平均推力比锥直型喷嘴提升了1.8%,比Wyszynski型喷嘴提升了2.0%;30°喷嘴唇边的非稳态射流平均推力比60°唇边提升了2.3%,比90°唇边提升了7.7%;试验推力比值都大于2,证实了非稳态射流存在推力增强效应,锥型喷嘴推力比值比锥直型提升了0.3%,比Wyszynski型提升了4.0%,30°喷嘴唇边的推力比值比60°唇边提升了6.0%,比90°唇边提升了8.6%,研究结果可为喷嘴结构设计提供理论依据。

关键词：喷水射流推进非稳态射流推力增强

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非稳态射流推力特性影响因素的仿真及实验研究

非稳态射流推力特性影响因素的仿真及实验研究

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作者：余威华中科技大学

学位级别：硕士

现有研究表明,相较于目前广泛应用于喷水射流推进的稳态射流,基于涡环形成过程的非稳态射流具有更好的推进性能。本文以单个固定喷嘴所生成的非稳态射流为研究对象,通过数值仿真和实验研究,分析总结了多种射流特征参数及结构因素对非稳... 详细信息

现有研究表明,相较于目前广泛应用于喷水射流推进的稳态射流,基于涡环形成过程的非稳态射流具有更好的推进性能。本文以单个固定喷嘴所生成的非稳态射流为研究对象,通过数值仿真和实验研究,分析总结了多种射流特征参数及结构因素对非稳态射流推力特性的影响规律,为非稳态射流推进器的研究奠定了基础。建立了基于大涡模拟的非稳态射流流场仿真模型,并针对其网格无关性及简化几何模型的可行性进行了对比验证。在此基础上,利用文献实验数据对该仿真模型进行检验,所得仿真结果与实验结果的相对误差小于8.24%,验证了模型的正确性。通过流场仿真考察了射流雷诺数、最大形成时间、射流速度程序、喷嘴内腔结构、喷嘴唇边结构等因素对非稳态射流过程及其推力特性的影响规律。结果表明,提高非稳态射流过程无量纲推力的主要措施包括:减少单次射流流体体积或增大喷嘴出口直径以减小最大形成时间;采用类梯形速度程序,并尽量使其速度程序波形接近方波;采用内腔型线为锥型的收缩型喷嘴,并提高其喷嘴进出口直径比;减小喷嘴唇边外缘角。设计了射流推力测试装置,并针对其流道拐角造成的喷嘴内腔速度分布不均匀问题,设计了特制的整流结构,使测力装置喷嘴出口平面的速度标准差降低至与无拐角工况仅相差2.49%。对实验平台液压系统进行仿真分析,确定了采用单向阀及节流孔板的设计方案以避免管路发生空化,并使系统输出流量与动力源理论输出流量间的标准差较改进前降低了72.7%,此外还借助蓄能器实现了射流方式的切换。利用搭建的实验平台对喷嘴内腔结构、喷嘴唇边结构及最大形成时间等因素开展射流实验,实验所得平均推力变化规律与仿真结果基本一致,所得推力比值与仿真结果的相对误差在1.32%～8.27%范围内,验证了仿真模型及理论分析的正确性。

关键词：喷水射流推进涡环非稳态射流推力增强数值模拟

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SMC燃烧模式下引射火箭性能影响因素的实验研究

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推进技术 2006年第2期27卷 97-100页

作者：李宇飞何国强刘佩进西北工业大学航天学院陕西西安710072

采用富燃的气氧/酒精燃气发生器以及可变结构的引射器后体,研究了引射器后体结构以及一次火箭工作压强对于SMC燃烧模式下引射火箭性能的影响。实验结果表明,引射器后体结构对于提高SMC二级燃烧模式下引射火箭的相对推力非常关键,而一次... 详细信息

采用富燃的气氧/酒精燃气发生器以及可变结构的引射器后体,研究了引射器后体结构以及一次火箭工作压强对于SMC燃烧模式下引射火箭性能的影响。实验结果表明,引射器后体结构对于提高SMC二级燃烧模式下引射火箭的相对推力非常关键,而一次火箭工作压强的作用相对较小。通过优化引射器后体结构,在SMC二级燃烧模式下工作的引射火箭可以产生较大的推力增强。

关键词：引射火箭^+ 二级燃烧推力增强

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脉冲射流非稳态工作过程研究

脉冲射流非稳态工作过程研究

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作者：张岳北京理工大学

学位级别：硕士

推力是衡量火箭发动机性能优劣的一个重要指标,增大火箭推力对提升航天技术和国防实力具有重要意义。研究表明,脉冲射流推进方式产生的涡环存在着增强推进效率的可能。本文的研究目的在于通过对脉冲射流非稳态工作过程进行数值模拟,探... 详细信息

推力是衡量火箭发动机性能优劣的一个重要指标,增大火箭推力对提升航天技术和国防实力具有重要意义。研究表明,脉冲射流推进方式产生的涡环存在着增强推进效率的可能。本文的研究目的在于通过对脉冲射流非稳态工作过程进行数值模拟,探究涡环在脉冲射流推进方式中,产生与演化过程;探究脉冲射流推进方式是否可以提高推力并进一步揭示机理;探究影响脉冲射流推力的因素。本文以FLUENT数值仿真软件为工具,在低雷诺数、不可压缩流体下,对脉冲射流非稳态工作过程进行数值模拟。参考文献实验数据,验证数值模拟的准确性。研究表明:在低雷诺数,不可压缩流体下,脉冲射流推进的推进效率要高于相同质量流量下的稳态射流推进;脉冲射流提高推进效率的原因有两点:一是由于涡环的影响在喷管出口处产生过压,使推力当中的静推力部分有所提高;二是由于脉冲射流的非稳态特性,使得燃烧室内压强升高,造成推力增大;对不同无量纲脉冲射流长度的射流,当无量纲脉冲射流长度与涡环形成数相等时,产生的脉冲平均推力最大;多个脉冲之间涡环的相互影响会使得涡量下降,涡环的传播速度增加,使脉冲平均推力下降;影响脉冲射流增强推进效率的因素有喷管出口射流速度函数类型,无量纲脉冲射流长度,喷管直径,喷管几何形状。

关键词：脉冲射流推力增强涡环形成数涡环夹止

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喷嘴的连续非稳态射流推进性能的仿真与实验研究

喷嘴的连续非稳态射流推进性能的仿真与实验研究

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作者：李银华中科技大学

学位级别：硕士

现有研究表明,非稳态射流存在推力增强效应且在低雷诺数航行领域具有推进优势,然而目前关于不同喷嘴结构的非稳态射流特性及其影响规律、连续射流过程中涡环的相互作用机制以及工作模式的最优匹配等方面的研究还十分欠缺,也是非稳态射... 详细信息

现有研究表明,非稳态射流存在推力增强效应且在低雷诺数航行领域具有推进优势,然而目前关于不同喷嘴结构的非稳态射流特性及其影响规律、连续射流过程中涡环的相互作用机制以及工作模式的最优匹配等方面的研究还十分欠缺,也是非稳态射流技术发展所面临的关键技术问题。以此为目标,本文的主要研究工作及结果如下:本文考虑了直线型、收缩型和扩张型3个大类共7种不同具体几何结构的喷嘴,建立了基于大涡模拟的非稳态射流数值仿真模型,对连续非稳态射流的敞水性能和涡间相互作用进行了仿真研究。敞水性能的研究表明,在速比小于0.5的范围内,连续非稳态射流的效率均高于稳态射流,且在速比为0.5时可达90%左右,而此时稳态射流的效率仅51～56%;涡间相互作用的定量分析表明,共轴涡环涡间相互作用的主要方式为相互靠近与穿行,并在作用过程中相互传递冲量,诱使总推力得到增强。本文搭建了射流实验系统,对7种不同几何结构的喷嘴在不同的非稳态射流工作模式下进行了正交实验,测量了非稳态射流与对应稳态射流的输出推力和输入功率,并以效能最优为目标,综合考察了喷嘴结构、射流形成时间和占空比对连续非稳态射流推性能的影响。实验结果显示,在平均射流雷诺数为2000～25600范围内,能够同时满足效率最高且对稳态射流占优的喷嘴结构为双曲线型喷嘴,其对应的连续非稳态工作模式为:形成时间取3.03和占空比取0.412,此时非稳态射流的推功比为0.018W/N;在达到相同输出推力的前提下,功率系数为0.503,即非稳态射流模式可以比稳态节省约1倍的输入功率;在相同质量流量的前提下,非稳态射流对稳态射流存在约9.6倍的推力增强。此外,仿真与实验在非稳态射流输出推力上的最大相对误差为8.09%,验证了理论分析模型的正确性。综上,本文开展的对应研究不仅能够为非稳态射流装置的设计提供理论依据,还将有助于发展新型推进方式,为微型潜器的发展奠定基础。

关键词：涡动力学流场仿真喷嘴非稳态射流推力增强

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RBCC亚、跨、超声速引射燃烧流场的数值研究

RBCC亚、跨、超声速引射燃烧流场的数值研究

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2003空气动力学前沿研究研讨会

作者：黄生洪徐胜利中国科学技术大学力学与机械工程系中国科学技术大学力学与机械工程系

提出了掺混度模型并数值研究了五种构型和两种燃烧组织模式的RBCC发动机引射模态流场,其中改进构型获得了推力增强。结论:1)在引射掺混的前段,掺混过程主要由一次流喷管结构决定。而在引射掺混后段,后体构型对掺混过程影响较大。2)获得... 详细信息

提出了掺混度模型并数值研究了五种构型和两种燃烧组织模式的RBCC发动机引射模态流场,其中改进构型获得了推力增强。结论:1)在引射掺混的前段,掺混过程主要由一次流喷管结构决定。而在引射掺混后段,后体构型对掺混过程影响较大。2)获得较高掺混速率、较优的引射比并在掺混过程中产生高于环境压强的流动状态是改进构型获得推力增强的两个重要因素。3)改进构型的SPI燃烧组织模式有效延迟了二次燃烧,不仅提高了燃烧效率而且没有使引射比过度下降。

关键词：火箭基组合动力循环(RBCC) 引射推力增强掺混度

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引射火箭SMC燃烧模式的实验研究

引射火箭SMC燃烧模式的实验研究

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中国力学学会学术大会'2005

作者：何国强李宇飞刘佩进西北工业大学航天学院

为了降低航天发射的费用,迫切需要提高有效载荷在航天器起飞重量中所占的比重。使用吸气式发动机,提高推进剂比冲成为一条有效的途径。为了使吸气式发动机适应航天发射所要经历的宽马赫数区间,使用组合循环推进(combined cycle propulsi... 详细信息

为了降低航天发射的费用,迫切需要提高有效载荷在航天器起飞重量中所占的比重。使用吸气式发动机,提高推进剂比冲成为一条有效的途径。为了使吸气式发动机适应航天发射所要经历的宽马赫数区间,使用组合循环推进(combined cycle propulsion,CCP)成为必然的选择。引射火箭是组合循环推进在低速起飞阶段的动力方案之一,有着可实现多模态结构一体化设计的优势,对降低系统复杂度,提高工作可靠性也有极其重要的意义。对引射火箭性能增强机理的研究表明,二次燃烧对引射火箭的性能增益起着非常重要的作用。传统的二次燃烧组织方式主要有两种:即时混合燃烧

关键词：引射火箭二次燃烧推力增强

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