多级释热超声速燃烧室性能优化研究

摘要

对于仅有一组燃料集中喷注的单级双模态冲压发动机燃烧室而言，受到几何构型与最高静温边界的约束，在低来流马赫数（如3~4）化学恰当比工作时，其燃烧导致的背压将激波串推出隔离段，造成进气道不起动。而多级释热燃烧室能够很好地解决进进气道不起动对单级燃烧室燃油当量比的限制，而当来流马赫数较高时（如马赫数6~7），较高当量比下发动机燃烧室静温过高，超过材料耐温极限，同时对冷却系统的能力极具考验。因而，释热的恰当分配能够在温限和不起动约束下获得双模态冲压发动机的最优性能。
　　本文以双模态冲压发动机的双模态冲压发动机多级释热燃烧室为研究对象，采用FLUENT进行燃烧室的二维建模，探究在特定来流条件下两级燃烧室释热分配对燃烧室流场及性能的影响。利用MATLAB/Simulink进行一维建模，分析等动压飞行条件下，在宽马赫数运行范围内的发动机在不同的两级释热下流动特点及性能变化规律，以获得不同来流下发动机的运行边界及模态分布特性。分析发现，不同来流条件下，释热分配的模态转换边界、进气道不起动边界以及高温边界具有不同的规律。而不同的来流马赫数、不同的总当量比下最优性能参数对应的释热分配也呈现不同的规律：就发动机未安装推力而言，低来流马赫数下应尽量利用第二级燃烧室可以添加更多热量的优势将释热在上游和下游合理分配，而高马赫数下应尽量在上游释热，以减少发动机做功能力损失。
　　基于宽马赫数飞行条件下双模态冲压发动机的分析结果，针对多级燃烧室的典型参数，采用遗传算法对发动机的性能参数进行优化，获得不同来流条件下发动机的最优性能对应的几何构型参数和释热分配参数。分析结果能够为发动机的几何构型和释热分配优化提供一定的参考价值。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3多级释热超声速燃烧室燃烧组织的问题

1.4本文主要工作

第2章 多级释热超声速燃烧室模型简介

2.1 引言

2.2发动机构型简介

2.3一维模型简介

2.4二维模型简介

2.5本章小结

第3章 多级释热超声速燃烧室二维流场计算与分析

3.1引言

3.2多级释热超声速燃烧室评价参数

3.3单级释热超声速燃烧室流场特征与性能分析

3.4两级释热超声速燃烧室流场特征与性能分析

3.5本章小结

第4章 宽马赫数下多级释热双模态冲压发动机性能评估

4.1引言

4.2进气道和尾喷管的计算

4.3等动压飞行多级释热发动机运行模态及边界分析

4.4等动压飞行多级释热发动机性能参数分析

4.5等动压飞行多级释热发动机做功能力损失分析

4.6本章小结

第5章 宽马赫数下多级释热超声速燃烧室性能优化

5.1引言

5.2不同来流最优释热分配下增加释热级数的影响

5.3不同来流最优释热分配下改变几何构型的影响

5.4基于遗传算法的燃烧室释热分配与构型优化

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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