【摘 要】
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旋转爆轰发动机（RDE）是一种基于爆轰的新型推进装置,其推进效率高于基于等压燃烧的传统航空发动机。与脉冲爆轰发动机（PDE）相比,RDE具有一次起爆,热效率高,结构简单等优势,逐渐成
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旋转爆轰发动机（RDE）是一种基于爆轰的新型推进装置,其推进效率高于基于等压燃烧的传统航空发动机。与脉冲爆轰发动机（PDE）相比,RDE具有一次起爆,热效率高,结构简单等优势,逐渐成为了航空推进领域的研究热点。本文采用一种高精度计算方法,对RDE流场开展了数值模拟研究。本文针对二维计算程序,采用单步化学反应模型,忽略黏性、热传导和扩散效应,对流项采用5阶WENO格式进行离散,时间项采用3阶“Runge-Kutta”法进行推进,首先对以氢气/空气预混气为反应混合物的RDE进行了二维数值研究。研究表明,轴向长度越大,激波发展越充分,出口平面激波位置越靠后,而轴向长度对爆轰波参数及发动机推力、比冲影响不大;RDE存在最小临界直径,直径大于临界直径才能获得连续旋转爆轰波,随着直径的增加,爆轰波高度、爆轰波传播速度、发动机比冲和推力皆增大,在特定条件下,RDE有效工作直径范围为:0.51l～2.80l,l为轴向长度;在保持环境背压pb不变的情况下,随着入口总压p0的增大,入口燃料质量流量以及推力近似线性增加,爆轰波压力和比冲明显增加,而爆轰波温度略有减小,传播速度变化较小;保持p0不变,环境背压pb的改变对爆轰波影响不大,推力和比冲皆随着压力比p0/pb的增加而增加;随着小孔数量的增多,燃料质量流量逐渐增大,推力和比冲随之增大,而爆轰波高度和传播速度变化较小;在一定范围内,小孔数量越小,爆轰流场结构更规则,爆轰波传播越稳定。建立了带化学反应项的三维欧拉方程各雅各比矩阵、左右特征矩阵的表达式,开发出RDE三维高精度计算程序,并通过多个典型算例的计算,验证了上述矩阵表达式及程序的正确性;采用MPI并行编程将程序并行化,通过合理的计算域划分,大幅提高了计算效率;为RDE的数值研究提供了有效的工具,相对于商业软件具有更高的计算精度。针对小尺度RDE模型,提出一种新的起爆方法,成功获得连续传播的旋转爆轰波,得到三维旋转爆轰流场,其流场结构相对二维更为复杂,但主激波位置以及预混区形状,以及温度、压力、密度、比冲、爆轰波传播速度等参数都与二维结果对应。
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