波纹管式超燃冲压发动机燃油供给流量调节阀的研究

摘要

燃油供给控制技术是发展超燃冲压发动机技术的关键之一，能提供最大有效能量又能提供充分冷却能力的燃料和燃料供给系统对提高发动机的效率、改善发动机工作模态具有重要意义。由于超燃冲压发动机燃烧速度快，燃烧室温度高，必需采用再生主动热防护技术对发动机进行冷却，即燃料在进入燃烧室之前，首先作为冷却介质经过发动机外表面对发动机壁面进行冷却，此时燃料温度最高可以达到400~500°C，这对燃油供给系统设计带来了很大的压力。在此高温条件下，普通结构的滑阀式流量调节阀因受热不均，膨胀量不一致，将产生阀芯卡死或泄漏量增大等问题。因此，为更好的控制燃油流量，研究新式的高温调节阀是十分必要的。
　　本文提出一种气动先导压力控制的波纹管式燃油供给流量调节阀，对该阀进行了理论分析及试验研究。使用有限元软件Fluent建立了阀的常温有限元模型，分析燃油流量、压力和阀口开度之间的关系，修正阀口流量系数。根据调节阀的受力分析，建立了调节阀的动、静态数学模型，并根据Fluent仿真结果修正数学模型参数，使用Matlab进行了仿真，对高温流量阀的常温静、动态特性进行了仿真研究，得出流量阀在常温时几种工况下的流量特性曲线、流量—压差曲线和阶跃响应曲线，并比较不同工况下的特性曲线。为了改善阀的动态特性，先导控制系统加入了阀芯位移反馈并应用传统PID控制器构成了闭环控制系统。搭建了冷试试验台，在常温条件下进行阀的特性试验研究，给出了调节阀的流量特性曲线，并与仿真结果进行了比较。

目录

波纹管式超燃冲压发动机燃油供给流量调节阀的研究

STUDY ON BELLOW-TYPE FUEL FLOW RATE CONTROL VALVE FOR SCRAMJET ENGINE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 超燃冲压发动机燃油供给系统研究现状

1.2.2 高温流量调节阀的研究现状

1.2.3 计算流体力学的发展现状

1.2.4 波纹管调节阀的研究现状

1.3 本研究课题的来源及主要研究内容

第2章 波纹管式燃油供给流量调节阀的数学模型

2.1 波纹管式燃油供给流量调节阀结构及工作原理

2.2 阀口流量特性有限元数学模型

2.2.1 控制方程

2.2.2 湍流模型方程

2.2.3 阀口流量模型

2.3波纹管式燃油供给流量调节阀整体模型

2.3.1 波纹管式燃油供给流量调节阀动态数学模型

2.3.2 波纹管式燃油供给流量调节阀静态数学模型

2.3.3 调节阀执行机构数学模型

2.3.4 阀芯位移闭环控制器模型

2.4 本章小结

第3章 波纹管式燃油供给流量调节阀仿真

3.1 Fluent仿真软件简介

3.2 波纹管式燃油供给流量调节阀的流场仿真

3.2.1 几何模型及网格划分

3.2.2 Fluent求解器设置

3.2.3 仿真结果分析

3.3 波纹管式燃油供给流量调节阀的静动态仿真

3.3.1 静态特性仿真

3.3.2 动态特性仿真

3.4本章小结

第4章 波纹管式燃油供给流量调节阀的试验研究

4.1 试验原理与步骤

4.1.1 试验原理

4.1.2 试验步骤

4.2 试验台主要元件介绍

4.3 试验结果与分析

4.3.1 调节阀试验结果

4.3.2 试验与仿真结果比较分析

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢