亚燃冲压发动机燃烧室结构设计与试验研究

• 作 者: 罗文雷
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 冲压发动机 点火 燃烧效率 热防护 气膜冷却

燃烧室设计主要围绕两个关键问题:燃烧和热防护。论文以试验和数值模拟为主要手段,对亚燃冲压发动机的低压点火问题、燃烧室性能和热防护结构的设计进行了研究。论文首先对低压条件下燃烧室的点火问题进行了研究;总结了影响点火特性的主要因素;在直连式高空试验系统上研究了火焰稳定器的构型和尺寸对点火性能的影响。结果表明:燃烧室低压点火时,需要较大的点火能量;燃烧室压力越高和模拟来流流量越大,越有益于点火和稳定燃烧;点火特性与燃烧室内气体平均流速和局部流速密切相关;火焰稳定器构型及尺寸对点火特性有着至关重要的影响。在基本解决了亚燃冲压发动机低压点火问题后,论文对燃烧室的性能进行了试验研究。研究结果表明:低压条件下的燃烧效率较常压下要低;煤油燃烧放热越完全,燃烧室压力越高,燃气流速则越低,总压损失也越小;贫油条件下,燃料当量比越高燃烧效率越高。根据研究结论,进一步确定了无防热燃烧室的主要结构参数,并通过试验验证了该设计下的燃烧室具有较优的性能。接着论文从研究现状、工作时间、应用成本、防热效果及对发动机性能的影响等方面对比分析了多种热防护方案的优缺点。选择高温合金作为预燃室和火焰筒的筒体材料,环缝型气膜冷却作为燃烧室的热防护方式。论文进一步对燃烧室气膜冷却结构进行了详细设计,并通过数值模拟的方法验证该设计的合理性和有效性。最后,在直连式地面试验系统上,开展了亚燃冲压发动机燃烧室热防护结构考核试验。在总温969K空气来流条件下的300s考核试验过程中,发动机工作正常,燃烧室无局部过热现象,整个系统无任何损伤,证明该气膜冷却结构能够对冲压发动机燃烧室进行有效的热防护。