双燃烧室冲压发动机冲压空气涡轮泵供应系统方案研究

摘要

随着超燃冲压发动机关键技术的全面突破，超燃冲压发动机正从地面实验向飞行演示验证、工程应用的方向发展。燃料供应系统的研究对促进超燃冲压发动机系统工程化具有重要的理论与实际应用价值，对发动机系统的工程化进程具有十分重要的推动意义。为了把以冲压空气为动力的涡轮泵供应系统从亚燃冲压发动机拓展应用至超燃冲压发动机，本文基于工作马赫数宽（3.5~5.5）的双燃烧室冲压发动机（DCR），设计了与其飞行范围相匹配的冲压空气涡轮泵燃料供应系统。
　　对供应系统的涡轮泵选型、系统的调控策略、取气/排气方案进行了初步设计。同时，建立了供应系统的静态模型，通过系统压力、流量、功率平衡组成非线性方程组，使用牛顿迭代法对非线性方程组进行数值求解，得到了冲压空气涡轮泵供应系统在不同工况下的静态特性。最后，分析了飞行Ma数范围在3.5?5.5下涡轮泵的性能和调节的变化规律。结果表明，涡轮所需的空气流量约占DCR发动机捕获空气总流量的3％，取气方案对发动机气动性能影响不大；离心泵的特性参数相对稳定，可以一直处于高效率工况下工作，但系统对增压后的燃料利用不足，造成涡轮功率利用率较低。
　　使用常温氮气对涡轮泵组件进行了涡轮出口憋压、敞口实验。通过对涡轮出口憋压的试验结果进行分析，涡轮入口压力跟功率具有较好的线性关系。对切线泵参数进行相似性分析，并在相似准则的基础上添加了修正项。结果表明，负载相同的切线泵扬程、体积流量、功率在修正后的相似准则吻合较好。
　　使用Simulink搭建了供应系统仿真模块，对DCR发动机起动、分流阀调控过程的动态特性进行了分析。结果表明，DCR发动机进气道建压阶段，供应系统的空气流量、涡轮泵转矩变化十分剧烈，泵的转速、增压逐渐增长；亚燃室点火对系统的特性参数影响不明显；起动阶段前期，燃烧室压力明显大于喷注器的喷前压力，造成约0.8s的“壅塞”现象。燃料供应系统对气路分流阀的阀门开度变化十分敏感，涡轮的空气流量随阀门开度变化较剧烈，变化过程存在一定的滞后性；切线泵的参数变化比较平缓，同时变化过程较长，不能在较短时间内达到稳定状态。

目录

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第一章 绪论

1.1背景及意义

1.2国内外研究进展

1.3本文主要研究内容

第二章 冲压空气涡轮泵燃料供应方案初步设计

2.1冲压空气涡轮泵供应系统设计方法

2.2冲压空气涡轮循环方案设计

2.3供应系统调节方案设计

2.4 DCR发动机工作状态分析

2.5小结

第三章 冲压空气涡轮泵供应系统静态特性分析

3.1静态特性分析方法

3.2燃料供应系统的非线性数学模型

3.3计算方法

3.4结果分析

3.5小结

第四章 涡轮泵性能试验研究

4.1涡轮泵试验系统

4.2涡轮出口憋压试验

4.3涡轮敞口试验及结果分析

4.4切线泵特性曲线求解

4.5小结

第五章 冲压空气涡轮泵供应系统动态特性分析

5.1供应系统变工况特性分析方法

5.2供应系统的动力学模型

5.3供应系统模块建立

5.4 DCR发动机起动过程特性分析

5.5分流阀调控过程特性分析

5.6小结

结 束 语

论文创新点：

下一步工作展望：

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果