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甲烷预冷器三维换热特性数值研究

航空动力学报 2024年第8期39卷 39-49页

作者：罗佳茂游进焦思杨顺华薄泽民肖云雷北京流体动力科学研究中心北京100011 中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000

采用三维数值仿真方法对轴向管束式甲烷预冷器的热交换性能进行了评估,获得了预冷器在不同冷却剂当量比和飞行工况下的流场分布,并在此基础上提出了冷却剂流量控制策略。计算结果表明:该型甲烷预冷器在3倍当量比冷却剂条件下最高能将来... 详细信息

采用三维数值仿真方法对轴向管束式甲烷预冷器的热交换性能进行了评估,获得了预冷器在不同冷却剂当量比和飞行工况下的流场分布,并在此基础上提出了冷却剂流量控制策略。计算结果表明:该型甲烷预冷器在3倍当量比冷却剂条件下最高能将来流空气冷却131 K,能将传统涡轮发动机工作速域拓展至马赫数为3.0以上;预冷器出口空气流场受管束排列方式影响无法实现完全均匀,总温畸变为13.3%;甲烷最高温升为395 K;冷却管内外壁面平均温差约为15 K,管内甲烷横截面内温差约为10 K;预冷器总压恢复系数为0.715~0.88,换热有效度为0.63~0.9,最大功质比为395 kW/kg。在发动机预冷需求和冷却剂消耗限制条件下规划了冷却剂流量控制策略,建议马赫数为2.5以下保持不高于1.5倍当量比冷却剂,马赫数为3.0以上保持3倍当量比冷却剂。

关键词：预冷器甲烷预冷发动机热交换冷却管

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热声环境下燃烧室结构高频疲劳寿命评估方法

工程力学 2024年

作者：丁勇军陈强王佳良董萼良张大海费庆国北京动力机械研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室东南大学机械工程学院东南大学土木工程学院工程力学系高速飞行器结构与热防护教育部重点实验室

针对热声环境下发动机燃烧室结构高频疲劳寿命评估问题开展研究，基于有限元-统计能量混合方法和零阶矩应力谱法、考虑平均应力效应的Dirlik方法，提出了一种综合考虑多重热效应的结构高频疲劳寿命评估方法，进而评估了材料弹性模量、材... 详细信息

针对热声环境下发动机燃烧室结构高频疲劳寿命评估问题开展研究，基于有限元-统计能量混合方法和零阶矩应力谱法、考虑平均应力效应的Dirlik方法，提出了一种综合考虑多重热效应的结构高频疲劳寿命评估方法，进而评估了材料弹性模量、材料S-N曲线、热应力等热效应和噪声载荷对发动机燃烧室结构高频疲劳寿命的影响。研究结果表明：对于本文所研究的发动机燃烧室结构，随着温度升高，材料弹性模量的降低会使结构疲劳寿命升高；材料疲劳性能会变差，使结构疲劳寿命降低；结构热应力会增大，导致结构疲劳寿命降低。材料S-N曲线的变化对结构疲劳寿命影响程度最高，弹性模量的变化次之，热应力变化的影响较小。同时，噪声载荷量级越高，结构疲劳寿命越低。

关键词：疲劳寿命评估热噪声环境发动机燃烧室零阶矩应力谱法统计能量分析

基于丙酮示踪技术的超燃冲压发动机高温流场可视化研究

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实验流体力学 2024年

作者：王林森涂晓波周全车庆丰王宇航陈爽中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室北京流体动力科学研究中心

为进一步研究超燃冲压发动机接近实际工作状态时，不同支板结构对燃料/空气掺混效果的影响，本文在课题组前期的工作基础上，改进了部分试验系统，开展了热态试验环境下的丙酮PLIF测量和H2点火燃烧条件下的OH-PLIF测量，得到了多种工况... 详细信息

为进一步研究超燃冲压发动机接近实际工作状态时，不同支板结构对燃料/空气掺混效果的影响，本文在课题组前期的工作基础上，改进了部分试验系统，开展了热态试验环境下的丙酮PLIF测量和H2点火燃烧条件下的OH-PLIF测量，得到了多种工况条件下，多个横截面位置的丙酮PLIF和OH-PLIF荧光图像。结果表明：在热态试验环境下，4种支板的的丙酮PLIF信号比冷态试验结果整体上弱了许多，但EL1支板对燃料/空气的掺混效果与冷态试验结果保持一致(仍为最优)；在H2点火燃烧条件下，OH的生成数量和扩散区域反映出EL1支板对燃烧效率的提升作用更好，也从侧面证明了EL1支板为4种支板中效果最优的。

关键词：丙酮示踪超燃冲压发动机流场结构平面激光诱导荧光掺混效果

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超燃冲压发动机研究回顾与展望

航空学报 2024年第5期45卷 218-244页

作者：刘小勇王明福刘建文任鑫张轩北京动力机械研究所北京100074

自20世纪50年代以来,航空航天领域把超燃冲压发动机作为高超声速推进系统的一种追求目标,在理论和技术方面矢志不渝地开展了大量研究工作。21世纪初,美国取得了一系列接近实际应用的技术突破,将超燃冲压发动机技术的研究和应用推动至新... 详细信息

自20世纪50年代以来,航空航天领域把超燃冲压发动机作为高超声速推进系统的一种追求目标,在理论和技术方面矢志不渝地开展了大量研究工作。21世纪初,美国取得了一系列接近实际应用的技术突破,将超燃冲压发动机技术的研究和应用推动至新阶段。简述了超燃冲压发动机工作原理,论述了双模态工作过程、高超声速压缩流动、超声速燃烧、超高温结构与热防护、地面试验与数值模拟等关键技术的难点和新进展,并针对超燃冲压发动机宽速域、可重复和更高马赫数等当前重点技术发展方向,阐述了认识和建议。

关键词：超燃冲压发动机超声速燃烧超高温结构再生冷却高超声速

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基于可调文氏管的液氧流量闭环控制特性研究

推进技术 2024年第9期 233-245页

作者：陈兰伟宫绍天蒋卓航李清廉成鹏国防科技大学空天科学学院高超声速冲压发动机技术重点实验室北京航天动力研究所

针对液氧供应系统流量精准控制困难的问题，开发了一套流量闭环控制系统并应用于液氧供应系统中。为实现系统按预设目标流量进行输出，进行了四类试验：无控制试验、流量闭环控制试验、PID参数影响试验与流量阶跃调节试验，研究了贮箱... 详细信息

针对液氧供应系统流量精准控制困难的问题，开发了一套流量闭环控制系统并应用于液氧供应系统中。为实现系统按预设目标流量进行输出，进行了四类试验：无控制试验、流量闭环控制试验、PID参数影响试验与流量阶跃调节试验，研究了贮箱压力、液氧温度、针锥位置、调节范围与PID参数等因素对液氧流量闭环控制特性的影响。结果表明，通过反馈实时测得的液氧质量流量，流量闭环控制系统控制可调文氏管节流面积变化，实现了液氧流量±1%的精准控制，解决了由于系统压力波动及液氧温度变化等原因导致的液氧流量供应不稳定的问题，并实现了液氧在5∶1流量变比内的精准阶跃调节。

关键词：液氧供应系统可调文氏管变流量流量闭环控制流量调节

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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

Ni-Pt/MgAl_(2)O_(4)双金属催化剂构筑及其对不同构型烃类蒸汽重整制氢性能的影响

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化学研究与应用 2024年第6期36卷 1286-1294页

作者：张菲依王晨臣李煜张波陈昱江张琛琦郑锦泓焦毅鲍泽威四川大学化学工程学院四川成都610064 中国航空工业南京机电液压工程研究中心航空机电系统综合航空科技重点实验室江苏南京211106 北京动力机械研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室北京100074 四川大学新能源与低碳技术研究院四川成都610064

航空煤油成分复杂,由上百种不同构型的烃类组成,然而正构烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳香烃这几类主要组分的构型和性质差异甚大,导致其蒸汽重整反应特性存在较大差异。本论文在前期研发Ni/MgAl_(2)O_(4)基础上,引入Pt构建Ni-Pt双金属催化... 详细信息

航空煤油成分复杂,由上百种不同构型的烃类组成,然而正构烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳香烃这几类主要组分的构型和性质差异甚大,导致其蒸汽重整反应特性存在较大差异。本论文在前期研发Ni/MgAl_(2)O_(4)基础上,引入Pt构建Ni-Pt双金属催化剂,系统考察了该催化剂对不同构型组分重整反应性能的差异,并对不同构型组分在该催化剂上的重整反应路径进行了阐述。结果表明:液相还原法引入Pt能够使双金属催化剂具有合适的酸性和良好的金属Ni分散性,Ni-Pt两种金属协同效应,不仅能够提高单Ni催化剂活性,同时能够减少Ni烧结,优化催化剂稳定性;另外,不同构型组分在双金属催化剂上的重整性能具有显著差异,其中正癸烷重整的产气率以及H_(2)选择性较为优异。不同构型烃类燃料的反应活性为:甲基环己烷>正癸烷>乙苯。由于甲基环己烷在反应过程中C-C键键能弱,易开环形成链状自由基与水发生重整反应,乙苯具有芳香烃结构且不易开环,重整反应所需能量较高。

关键词：燃油蒸汽重整制氢 Ni-Pt双金属催化剂不同构型烃类液相还原法

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双气路内并联进气系统模态转换试验研究

气动研究与试验

气动研究与试验 2024年第3期2卷 69-80页

作者：母忠强杨顺华王铁军任虎游进谢松柏张弯洲罗佳茂北京流体动力科学研究中心北京100029 中国空气动力研究与发展中心、高超声速冲压发动机国防科技重点实验室四川绵阳621000

为了探究内并联进气系统模态转换过程中的分流板调节策略,利用地面试验研究方法,研究了Ma 3.5条件下双气路进气系统在典型分流板位置的流场干涉机制,获得了高低速气路总体性能和流场变化规律。研究结果表明,分流板高度变化影响高低速气... 详细信息

为了探究内并联进气系统模态转换过程中的分流板调节策略,利用地面试验研究方法,研究了Ma 3.5条件下双气路进气系统在典型分流板位置的流场干涉机制,获得了高低速气路总体性能和流场变化规律。研究结果表明,分流板高度变化影响高低速气路总体性能和抗反压能力,同时由于流量重新分配,下游动力系统的工作状态需要匹配调节;分流板调节对高速气路性能影响更显著,随着高速气路逐渐关闭,受激波强度变化影响,高速气路总压恢复系数会经历迅速下降再缓慢上升的过程;当出口反压比超过临界值,激波系会在分流板前缘和唇口之间以低频大振幅和高频小振幅相结合的方式往复运动,该非定常效应导致流场和总体性能不稳定,模态转换过程中应避免该情况发生。

关键词：组合发动机双气路进气系统模态转换分流板地面试验系统

基于立方型气体状态方程的激波风洞准一维流动数值研究

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爆炸与冲击 2024年第2期44卷 99-115页

作者：张洲铭李贤朱雨建李祝飞龚红明罗喜胜中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230027 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000 中国科学院力学研究所北京100190

采用基于立方型气体状态方程的准一维流动数值模拟方法研究了反射式高焓激波风洞的真实气体流动,重点关注了高压真实气体效应对风洞全场流动时空结构和驻室区气流参数的影响,并以理论分析揭示了高压真实气体效应对激波管内流动的作用机... 详细信息

采用基于立方型气体状态方程的准一维流动数值模拟方法研究了反射式高焓激波风洞的真实气体流动,重点关注了高压真实气体效应对风洞全场流动时空结构和驻室区气流参数的影响,并以理论分析揭示了高压真实气体效应对激波管内流动的作用机理。研究表明:对于以冷高压气体驱动的激波风洞,使用考虑分子体积和分子间作用力的真实气体状态方程能够更准确地描述气体的状态和风洞内的流动状况。高压真实气体效应主要在冷驱动气体中发生作用,其作用效果主要是使当地声速增大,从而使得入射稀疏波和反射稀疏波的传播速度加快;另一方面,高压气体效应在高温气体效应较显著的被驱动气体中作用微弱,且对激波管产生激波的强度和激波后的流动状态影响甚微。稀疏波的加快传播改变了激波管波系的相干时空关系。提前抵达的稀疏波可在一定情况下侵蚀激波风洞的有效试验时间。对于所测试的激波风洞构型,在150 MPa氢气驱动110 kPa氮气的工况下,高压效应导致的有效试验时间缩短约38%。适当加长驱动段长度和采用高温气体驱动均可有效减弱高压真实气体效应的影响。

关键词：激波风洞高压真实气体效应立方型气体状态方程准一维数值模拟有效试验时间

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