高马赫数燃烧强化的激波风洞试验研究

摘要

基于中国科学院力学研究所的JF-24激波风洞,通过开展高马赫数超燃冲压发动机的直连试验,研究了高马赫数燃烧的强化方法以及燃料类型对燃烧的影响.试验段是采用凹腔结构的圆截面燃烧室,喷孔布置在隔离段,燃料分别是氢气和乙烯,当量比均为0.7.燃料喷注分别采用无支板和小支板两种构型,后者部分喷孔位于小支板顶部.两种构型均设置了流向近距双排喷孔,可分别进行单环和双环喷注.试验结果论证了飞行马赫数10.0条件下氢气和乙烯在超高速气流中的稳定燃烧性能.并且,相比于单环喷注,双环喷注以及补充小支板可以强化燃烧.推测其原因是双环射流和激波/分离结构的近距离交互作用很可能改善掺混,而补充小支板顶部喷注还能利用更多空气组织掺混.在同样采用双环耦合小支板顶部喷注的强化措施下,氢气与乙烯燃烧效率接近,但氢推力性能更优.这是因为较高热值氢的释热更多.此外,试验还证明了在当前来流条件下,释热受控于掺混,且高温离解效应限制释热上限.这是由于释热降低流速且提高静温,使高温离解的吸热效应更加显著.