旋转阀式脉冲爆震发动机进气道数值模拟

摘要

脉冲爆震发动机是一种利用间歇式或脉冲式爆震波产生的高温、高压燃气来产生推力的新概念发动机，这种发动机具有循环热效率高、燃料消耗率低、推重比高、比冲大、结构简单等优点，将成为新型的航空航天飞行器的动力装置之一。 进气道设计及其与爆震室的匹配是脉冲爆震发动机的关键技术之一。 本文的主要工作包括以下两个方面： 第一方面：对旋转阀式脉冲爆震发动机进气道进行了结构设计，对进气道二维轴对称定常流场进行了数值模拟，结果表明：进气道设计合理，当进气道出口反压在5atm～6.3atm时，进气道可以稳定工作。 第二方面：通过分析旋转阀式单管与多管脉冲爆震发动机的工作循环过程，建立了两种工作状况下旋转阀的简化数学模型，对进气道非定常流场进行了数值模拟，结果表明： (1)旋转阀关闭后，进气道内的结尾正激波排出进气道进口所需要的时间恒定，与进气道内结尾正激波的初始位置无关。 (2)旋转阀关闭后再开启，为了使进气道能重新工作，要求旋转阀关闭时间不超过0.07ms。 (3)发动机工作频率对进气道结尾正激波振幅、出口马赫数、出口流场畸变指数、总压恢复系数影响较大，而进气道出口基准反压对结尾正激波振幅及上述性能参数影响较小；进气道出口基准反压和发动机工作频率均对进气道流量系数影响较小。 (4)随着出口基准反压的增大，若使进气道正常工作，要求发动机最小工作频率增加。 本文的研究工作对旋转阀式脉冲爆震发动机进气道的设计有较大的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.1.1脉冲爆震发动机发展历史与研究现状

1.1.2脉冲爆震发动机进气道研究进展

1.2本文主要研究工作

2脉冲爆震发动机概念及进气道结构设计

2.1脉冲爆震发动机概念

2.1.1脉冲爆震发动机的分类

2.1.2吸气式脉冲爆震发动机的典型结构

2.1.3吸气式脉冲爆震发动机基本循环过程

2.1.4脉冲爆震发动机的关键技术

2.2进气道的概述

2.2.1进气道的作用及分类

2.2.2进气道的性能参数

2.2.3进气道的工作状态

2.2.4进气道的不稳定工作

2.3脉冲爆震发动机对进气道的要求

2.4进气道结构设计

2.4.1超声速扩压段设计

2.4.2亚声速扩压段设计

2.4.3外罩前缘外角的确定

3数值计算方法

3.1控制方程组

3.2湍流模型

3.3控制方程组的离散

3.4初始条件与边界条件

3.5 FLUENT参数设置与计算网格

3.5.1计算软件FLUENT简介

3.5.2 FLUENT相关参数设置

3.5.3计算网格的划分

4进气道定常流场数值模拟

4.1进气道流场结构

4.2进气道性能分析

4.3小结

5进气道非定常流场数值模拟

5.1旋转阀式单管脉冲爆震发动机进气道非定常数值模拟

5.1.1单管脉冲爆震发动机旋转阀的简化数学模型

5.1.2旋转阀关闭时进气道非定常数值模拟

5.1.3旋转阀关闭后再开启进气道非定常数值模拟

5.2旋转阀式多管脉冲爆震发动机进气道非定常数值模拟

5.2.1多管脉冲爆震发动机旋转阀的简化数学模型

5.2.2进气道出口反压的周期性变化对进气道流场的影响

5.3小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献