超燃冲压发动机尾喷管化学非平衡流的计算分析

摘要

基于CHEMKIN软件框架,建立了超燃冲压发动机喷管内非平衡化学反应流快速计算分析方法.采用12组分21步反应的H2/Air化学动力学模型,对Hyshot超燃冲压发动机尾喷管冻结流动、化学平衡流动和化学非平衡流动进行了模拟和对比.计算结果分析表明,Hyshot喷管内的流动介于平衡流和冻结流两种极限工况之间,更接近于冻结流状态.当喷管入口为化学平衡态时,喷管内根离子复合反应以有限速率进行放热反应;放热效果显著,但是放热量主要用来提高气流温度,对气体压力和速度改变较小.喷管入口为非完全反应态时,喷管内同时存在主燃烧反应及根离子复合反应;反应完成度较小时,喷管内补燃(燃烧反应)对喷管内计算参数分布有明显影响,其主要发生在喷管的起始段.补燃会使温度先上升后下降,而不是单调的降低.虽然效果不是很强,超燃冲压发动机尾喷管内的离子复合反应所释放的能量对提高发动机性能有帮助.本文的计算方法及分析结论可应用于喷管流动的快速估算.