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煤油燃料单模块发动机性能评估.pdf

发布:2017-08-09约5.13千字共6页下载文档
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郑忠华等:煤油燃料单模块发动机性能评镭 煤油燃料单模块发动机性能评估 郑忠华贺伟邢建文乐嘉陵 (中国空气动力研究与发展中心,四川绵阳 621000) 摘要:在超燃冲压发动机的设计和分析中, 计算流体力学(CFD)经成为三大研究手段之一。然而,单靠计 算或者试验来评估超燃冲压发动机的性能是非常困难的。因此,必须将计算和试验有效结合起来,才能对发动 机的性能进行合理的评估。本文采用带化学非平衡流动的全NS方程,模拟直径600mm喷管的脉冲风洞M=6 的真实条件,首先对隔离段高度H=68mm的煤油燃料犬尺度单模块发动机进行了性能评估,计算和试验的推力 增益比冲符合较好(1 度H=15mm带动力飞行器的整个推进流道进行了三维大规模并行模拟。无论足冷流还是热流,计算的壁面压力 分布和试验都吻合得非常好。同时,计算给出了整机的详细流场特性和完整的性能分析。在M=6的时候,计 算给出的推力增益是576.9N,而试验给出的结果是560N,计算较好的预测了试验结果。 1引言 随着计算机技术的发展和数值计算方法的进步,计算流体力学(CFD)在发动机的燃烧化学非平衡流 .场的数值模拟研究方面得到了广泛的应用,并逐渐成为发动机设计和流动分析的一种经济、有效的手段 [zI,与地面试验和飞行试验一起,成为超燃冲压发动机研究中的必不可少的三大研究手段之一,其作用 日益显现。然而,单靠地面试验或者计算来评估超燃冲压发动机的性能是非常困难的。受试验条件和测 量手段的限制,通过试验技术获得的发动机流场数据是非常有限的,而超声速燃烧中复杂的物理和化学 问题又超出了现有计算流体力学的能力,因此必须对计算结果进行仔细分析和验证。受以上两方面的限 制,必须将计算和试验有机结合起来,才能对发动机的性能进行合理的评估【2】。 本文运用独立建立和发展,具有自主知识产权的“超燃冲压发动机三维大规模并行软件平台 验。在此基础上,对隔离段高度H=68mm的4#模型煤油燃料大尺度单模块发动机进行了性能评估, 机上对隔离段高度H=15mm带动力飞行器的整个推进流道进行了三维大规模并行模拟。无论是冷流还 是热流,计算的壁面压力分布和试验都吻合得非常好。同时,计算给出了整机的详细流场特性和完整的 较好的预测了试验结果。 2直径600mm喷管脉冲风洞流场校验 不同截面处的马赫数分布比较,计算与试验吻合较好。在距离喷管出口ds--600mm的地方,还对该截面 作者简介:郑忠华(1972~),男,博士,副研究员,主要从事超燃冲压发动机的研究。 第十二弱全国激波与激波管会议论文集 的总温分布进行了流场校验,计算与试验同样吻合较好。图4给出了4#模型在风洞中的安装示意图, 因此认为700mm的计算也是准确的。由此,可以给出4#模型发动机的来流条件。 3 4#模型大尺度发动机性能评估 N2:O.574),油气比为1.1。 由于在试验条件下,部分非均匀区进入了进气道,而计算采用的是完全均匀来流。图7给出了燃烧效率 沿流向的分布,在这种情况下,燃烧效率约为72%,第二点加油具有明显效果。图8给出了冷流和热 流情况下下壁面压力分布比较。数值模拟结果与试验测量值吻合较好。图9给出了发动机的性能分析。 图中,fc。1d代表冷流摩檫阻力,由于在脉冲风洞中,采用等温壁(室温)进行计算,因此热流的摩檫阻 验测量值是3200.0(N)、11317(s)矛H9602(s),计算与试验吻合较好。 4带动力飞行器推进流道性能评估 计算是同步进行的。 图11给出了冷流情况下下壁面压力分布和流量比较。无论是前体、进气道、燃烧室还是尾喷管, 计算充分预测了试验结果。 图12给出了油气比西=1.2情况下下壁面压力分布和流量比较。同样的,无论是前体、进气道、燃 烧室还是尾喷管,燃烧反应的压力都与试验值吻合较好。由于采用在隔离段出口一次注油的燃料加注措 施,因此从流量沿流向的分布图中可以看出,在隔离段出口处,流量有一个阶跃。 图13给出了燃烧效率和质量加权平均马赫数沿流向的分布。从图中可以看出,在这种一点喷油的 条件下,燃烧效率是很低的,大约只有52%。由于释热不够,导致整个流道的质量加权平均马赫数都 基本大于1,燃烧是超声速燃烧。 量值是560N,计算充分预测了试验结果。 5结论 综上所述,得到以
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