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非均匀超声速气流中的爆震自持机理研究

非均匀超声速气流中的爆震自持机理研究

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作者：许菲中南大学

学位级别：硕士

相比传统超燃冲压发动机,基于等容燃烧的爆震冲压发动机具有更高的热循环效率和推力性能,在未来空天动力系统具有广阔的应用前景。爆震波对燃烧室的流场条件极为敏感,合理控制爆震波的自持稳定过程是实现爆震发动机高效燃烧的核心技术... 详细信息

相比传统超燃冲压发动机,基于等容燃烧的爆震冲压发动机具有更高的热循环效率和推力性能,在未来空天动力系统具有广阔的应用前景。爆震波对燃烧室的流场条件极为敏感,合理控制爆震波的自持稳定过程是实现爆震发动机高效燃烧的核心技术之一。燃烧室入口的非均匀超声速来流将导致爆震波面波动,诱发Kelvin–Helmholtz(KH)、Richtmyer–Meshkov(RM)不稳定性等问题,形成爆震波后的大尺度涡结构,影响爆震波的波面结构、传播速度以及传播模式,可能导致爆震波的自持、稳定传播、衰减甚至熄爆。本文在深入研究非均匀超声速来流燃烧室内部流动机理的条件下,揭示不同速度剪切、速度梯度及边界层效应下的爆震传播和稳定机制,为爆震冲压发动机型号研制中高性能燃烧室设计提供必要的技术储备。主要研究内容如下:首先,开展速度剪切层作用下扩张燃烧室爆震的自持传播机理研究,深入了解燃烧室内爆震波后流场的湍流特性,分析流场速度非均匀特性影响下扩张燃烧室爆震的传播特性和演化规律,明晰膨胀波和速度剪切层诱导的未燃射流的产生和消耗机制。揭示KH、RM等流体动力不稳定性湍流特征的作用,以及它们与不稳定剪切层和未燃射流在非均匀来流的扩张燃烧室中的相互作用。通过监测爆震波后未燃射流的发展过程,探明未燃射流产生和消耗机制与爆震波自持传播之间的内在联系。进一步的,开展速度梯度作用下的爆震稳定机制和爆震波控制研究。分析连续的速度分层与爆震波相互作用产生的湍流特征,探明横波在速度梯度作用下不稳定爆震波自持稳定中产生的促进作用,获得速度梯度作用下扩张燃烧室爆震的动态稳定结构。最后,考虑发动机真实工况下的边界层效应,分别开展单边界层和双边界层影响下的爆震波起爆和传播机理研究,揭示爆震波与边界层的相互作用机制和瞬态流动机理。这对于解决爆震冲压发动机的爆震波稳定和控制问题具有重要的理论和实践意义。图50幅,表11个,参考文献96篇

关键词：爆震发动机爆震燃烧非均匀超声速气流自持传播

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