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脉冲爆轰发动机喷管对燃烧室动力学的影响

李旭东  姜宗林  
【摘要】:本文用计算流体动力学方法对带喷管的脉冲爆轰发动机(PDE)进行了多循环数值模拟,考察了扩张喷管和收缩-扩张喷管对PDE燃烧室的影响。以4ms为循环周期,计算了八个循环。通过考察PDE的推力发现在第三个循环以后,PDE的运行趋于稳定。本文首先考察了PDE的推力和比冲。研究发现,首次循环中,采用扩张喷管的PDE所产生的平均推力和比冲都大于采用收缩-扩张喷管的PDE;而当PDE运行稳定后,附加扩张喷管的PDE所产生的平均推力和比冲都小于附加收缩-扩张喷管的PDE。所以在研究PDE的系统性能的时候,必须取稳定运行状态下的数据进行分析。为更深入考察产生差异的原因,本文研究了喷管对燃烧室动力学的影响。研究发现,收缩扩张喷管的声速面可以阻止稀疏波进入燃烧室,从而在排气过程中,维持燃烧室的压力,延长做功时间,同时降低排气过程中的抽吸作用,避免下一个循环的充气速度过高,起到维持充气气流热力学参数的作用。而在扩张喷管的排气过程中产生的稀疏波直接传入燃烧室,产生强烈的抽吸作用,使下一循环的充气速度过高,从而降低了充气压力和温度。热循环分析和数值计算都表明,燃烧室的初始热力学参数对系统的热循环效率有重要的影响。正是由于采用扩张喷管的PDE燃烧室初始热力学参数较低,导致了附加扩张喷管的PDE系统热效率较低。

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