水空两用发动机燃烧室设计与研究

摘要

水空两用飞机是早在二次世界大战中就被提出来的一个概念,早期苏联和美国都对这项技术有过初步的研究但最终因为技术过于超前而中断了研究。近年来随着材料、动力、控制技术的发展和应用需求的推动,又开始成为美国等一些国家的研究热点。
　　由于水空两用飞机的特殊性,其动力系统必须能够同时在空中和水下工作。根据上述要求,提出了进而设计出此新概念发动机,采用水空两用喷射发动机推进,其借鉴涡喷发动机技术进行改造,以实现空中喷气推进,水下喷水推进。具体设想是取消涡轮,改用电动压气机(空中模式)或水泵(水中模式),在空中采用高速电动压气燃油推进模式,在水下航行时则用低速电动泵配合燃烧室的钠或者其他金属与水反应进行推进。
　　根据上述要求,在参考航空发动机燃烧室和水冲压发动机的基础上,设计了水空两用发动机燃烧室。并对其进行热力学计算、气动分析、结构尺寸的确定、水金属反应燃料的选择等;并给出结构原理图和三维模型图,阐述了全新的燃烧室工作原理。
　　本文建立了水空两用发动机燃烧室工作过程的数学模型,并利用 Fluent,采用SIMPLE算法分别对燃烧室空中模式和水中模式进行三维流场数值仿真,计算结果表明:
　　①水空两用发动机燃烧室内流场均分布合理,符合燃烧规律,结果可靠、有效。
　　②根据内流场燃烧情况,分别辅助确定了空中模式空气入口速度和水中模式进水口质量流率。
　　③仿真结果能为燃烧室的优化乃至整个发动机的研制提供了理论依据。

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第1章 绪论

1.1课题来源及意义

1.2 国内外研究现状

1.3本课题的主要研究内容

第2章 水空两用发动机燃烧室的结构与反应机理

2.1发动机总体设计方案的确定

2.2空中模式燃烧室主要设计参数与初步设计

2.3水中模式燃烧室水反应燃烧金属的选择与初步设计

2.4水空两用发动机燃烧室的整合以及工作原理

2.5本章小结

第3章 水空两用发动机燃烧室的数学模型

3.1基本控制方程

3.2湍流模型

3.3液滴蒸发模型

3.4组分输运和反应模型

3.5本章小结

第4章 水空两用发动机燃烧室性能仿真计算

4.1仿真的必要性

4.2 Fluent介绍

4.3 SIMPLE算法

4.4 网格生成

4.5边界条件

4.6燃烧室数值模拟结果与分析

4.7本章小结

第5章 结论与展望

5.1全文工作总结

5.2创新点

5.3展望

参考文献

硕士学位期间发表的学术论文和参加项目情况说明

致谢