双支板超燃冲压发动机燃烧特性研究

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1、2017年2月北京航空航天大学学报February2017第43卷第2期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．43No．2http：／／bhxb．buaa．edu．CFIjbuaa@buaa．edu．C11DOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0097双支板超燃冲压发动机燃烧特性研究纪鹏飞，徐旭4，陈兵，朱韶华，刘刚(北京航空航天大学宇航学院，北京100083)摘要：为研究分级喷注超燃冲压发

2、动机火焰稳定、燃烧状态及火焰传播特性，以双支板超燃燃烧室为基本构型，开展了当量比连续调节试验研究。模拟低飞行马赫数5．5工况，燃烧室入口马赫数为2，总温1436K，试验表明：燃烧室单独上游喷注熄火当量比为0．19，该值不受下游燃烧的影响；单独下游喷注熄火当量比为0．46，上游火焰会削弱下游当量比变化对壁面压力的影响，并且会使下游熄火当量比值降低。通过调节上游当量比可实现燃烧状态的转换，转换过程存在迟滞。模拟高飞行马赫数6．5工况，燃烧室入口马赫数为3，总温1899K，试验表明：随着总温的增加，单

3、独上游喷注可实现点火和稳焰，上游火焰发生抬举，燃烧室抗反压能力增强，可喷注更多燃料。关键词：超燃冲压发动机；燃烧；支板；当量比；迟滞中图分类号：V235．123文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)02．0366．09超燃冲压发动机一直以来被认为是高超声速推进的最佳动力选择。超燃冲压发动机的核心在于燃烧室，实现可靠稳焰和高效燃烧是国内外学者研究的关键问题之一。目前火焰稳定装置有很多形式，其中以支板、凹腔和斜坡较为多见。11。支板作为重要的火焰稳定工具，由美国国家航空航天局Lang

4、ley研究中心率先提出。2o。支板可以把燃料喷注到燃烧室气流核心区，提高燃烧效率。宋冈霖等¨一研究了支板凹腔一体化燃烧室，认为支板后低速回流区是稳焰的重要区域。Tabejamaat等”o研究了不同厚度的支板，认为支板稳焰能力取决于支板的厚度，对于氢燃料来讲，如果支板厚度小于7mm，将无法实现点火和稳焰，如果要实现可靠的火焰稳定，支板厚度不能小于10mm。范周琴等15。认为，燃料从支板尾部喷出后形成典型的扩散火焰，增大支板的厚度可使燃烧释热速度变快，能够满足燃烧室快速燃烧的要求，有利于减小燃烧室长

5、度。对于碳氢燃料发动机，火焰稳定所需要的支板厚度将会更大。支板厚度增加也会带来一定的问题，其中最主要的是支板阻力的增大。苏义和刘卫东¨。通过试验研究认为：支板阻力会随着支板厚度增加而增加。在支板后形成稳定火焰后支板阻力会减小，且当量比(ER)越大支板阻力越小。如果燃烧室只有单级支板迸行喷注，局部集中释热难以使掺混效果和燃烧效率提高。为了解决这一问题，研究人员提出了多级支板组合喷注方案。多级喷注可以明显改善释热集中、燃烧效率低等问题⋯“。多级喷注必然会涉及到燃料分配问题，不同的燃料分配比例会造成燃

6、烧现象和燃烧室性能的显著差异。Nakaya等¨引研究了乙醇燃料超燃燃烧室，发现在不同当量比下，燃烧室存在2种燃烧状态：瞬时燃烧状态和强燃烧状态，强燃烧状态会收稿日期：2016-01-26；录用日期：2016-03-25；网络出版时间：2016-05-0315：08网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160503．1508．001．html基金项目：国家自然科学基金(51276007)}通讯作者：E-mail：xuxu@buaa，edu．ell引

7、用格式：纪鹏飞，徐旭，胨兵，等．双支板超燃冲压发动机燃烧特性研究ⅣJ．北京航空航天大学学报，2017，430)：366．374．3lPF．XUX，CHENB。etat，Combustionperformanceinvestigationofadual-strntsscramjet℃33．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(2)：366·374(inChinese)．第2期纪鹏飞，等：双支板超燃冲压发动机燃烧

8、特性研究367造成燃烧室出现较大压升，而瞬时燃烧状态不会对燃烧室压力分布造成影响。Hande和Mar．athe¨3。利用数值模拟技术研究了基于多支板喷注的超燃燃烧室特性，认为燃料合理分配可以带来燃烧效率的增加，同时使燃烧室出口温度分布更加均匀。宗有海¨4。利用试验手段研究了煤油燃料多支板超燃燃烧室，结果发现增加支板数量将喷注分散开来可以增强掺混，燃烧更易向上游传播，但上游的燃烧会削弱下游的燃烧强度，利用支板喷注结合凹腔稳焰可以使燃烧效果更好，有利于提高燃烧室比冲。燃料也会影响多级喷注超燃燃烧室工