超燃冲压发动机模态转换突变特性研究

论文摘要

超燃冲压发动机通过燃烧模态转换来实现由超声速到高超声速的宽速度范围飞行。不同的燃烧模态存在本质的差别,故在模态转换时通常具有突变特性。本文对几种不同构型的超燃冲压发动机燃烧室进行了数值模拟,分析了模态转换过程流场特性的变化,形成了一些重要的研究结果和结论。建立了氢气燃料超燃冲压发动机燃烧场数值模拟仿真平台,为后续特性研究提供了一种有效手段。对不同来流条件的Billig超声速燃烧室基本模型进行了燃烧过程数值仿真,分析了燃料化学当量比及飞行马赫数会对模态转换特性的影响。结果表明,燃烧模态过程流场呈现出了连续性变化特性,燃烧场内流场参数的变化均为量变。对不同来流条件的支板型模型燃烧室进行了数值仿真。结果表明,支板型燃烧室与基本模型在模态转换方面存在很大差异,支板型燃烧室的模态转换具有突变特性。在模态转换时,流场参数变化具有突跃性并存在滞后性。在流场分析中发现,燃烧模态不同,其流场结构也不同。在研究中发现支板结构尺寸的不同会造成模态转换突变特性的不同。针对一种支板结构尺寸,仿真发现了模态转换过程中存在的复杂现象。在进口条件不变的情况下,不能仅通过改变燃料注入量来使转变后的燃烧模态返回原来的初始模态,表明了燃烧模态的多样性和复杂性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源和意义
• 1.2 超燃冲压发动机燃烧模态转换存在突变现象
• 1.2.1 突变现象的存在
• 1.2.2 突变分析的重要性
• 1.2.3 不同几何构型发动机的燃烧模态转换特性存在差异
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 超燃冲压发动机的研究现状
• 1.3.2 突变理论研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 超燃冲压发动机燃烧场数值模拟
• 2.1 引言
• 2.2 超燃冲压发动机燃烧场控制方程
• 2.3 超燃冲压发动机燃烧场数值模拟方法
• 2.3.1 模型的网格划分
• 2.3.2 边界条件的选取
• 2.3.3 求解器的选取
• 2.3.4 湍流模型的选取
• 2.4 超燃冲压发动机燃烧场数值模拟的验证
• 2.5 本章小结
• 第3章 Billig 型超声速燃烧室模态转换特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 Billig 型超声速燃烧室的结构
• 3.3 飞行条件对燃烧模态转换的影响
• 3.4 化学当量比对燃烧模态转换的影响
• 3.4.1 燃烧模态转换过程的流场特征
• 3.4.2 不同化学当量比变化规律下的燃烧模态转换特性
• 3.5 本章小结
• 第4章 支板型超声速燃烧室模态转换突变特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 支板型超声速燃烧室的结构
• 4.3 燃烧模态转换的突变特性
• 4.3.1 模态转换过程流场参数的突变性
• 4.3.2 模态转换过程的滞后特性
• 4.4 模型流场拓扑结构分析
• 4.5 模型突变模式讨论
• 4.6 本章小结
• 第5章 燃烧模态转换过程的特殊不可逆现象
• 5.1 引言
• 5.2 模型燃烧室的结构
• 5.3 燃烧模态转换的不可逆现象
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢