论文部分内容阅读
固体燃料冲压发动机(Solid Fuel Ramjet，SFRJ)结构简单、比冲高、推力大，特别适用于高空高速飞行的飞行器，有着非常广阔的前景。石蜡与传统碳氢燃料组成的混合推进剂具有安全性高、可控性好、对环境危害较小等优点，且石蜡类燃料的退移速率是端羟基聚丁二烯(HTPB)燃料的数倍，因此向传统烃类燃料中加入含能材料石蜡能有效提高固体燃料的燃速。本文采用实验和数值仿真相结合的方法，研究了含石蜡固体燃料的点火燃烧过程以及石蜡对固体燃料冲压发动机燃烧性能的影响。
(1)设计并加工了聚乙烯-石蜡固体燃料，采用激光辐照点火实验，研究了不同石蜡质量分数对含石蜡固体燃料点火燃烧性能的影响。结果表明，固体燃料中石蜡质量分数越高，点火延迟时间越短，固体燃料燃速越高，燃烧后固体燃料表面形貌越粗糙，当石蜡质量分数大于70%时，石蜡质量分数对点火延迟时间的影响逐渐减小，而对燃速的影响逐渐增大。
(2)通过数值模拟，研究了含50%石蜡固体燃料和100%石蜡固体燃料的点火燃烧过程。结果表明，含50%石蜡的固体燃料表面上方温度上升较快，火焰高度较低且火焰不集中，100%石蜡的固体燃料表面上方温度上升较为平缓，火焰高度高且比较集中，在两种固体燃料的中心轴线方向，CO2浓度均沿着火焰中心向火焰头部逐渐升高，火焰头部温度高于火焰中心温度。
(3)通过地面直连式实验系统，研究了石蜡质量分数、固体燃料内径以及突扩台阶高度对SFRJ燃烧性能的影响。结果表明，向聚乙烯固体燃料中加入含能材料石蜡，能够有效的提高固体燃料平均燃速，但是补燃室温度和发动机推力会随之降低。减小固体燃料的内径以及增大突扩台阶高度，都能提高固体燃料平均燃速，且突扩台阶高度的增大还能提高发动机推力，使燃烧更稳定，燃烧效率也更高。
(4)应用流体计算软件Fluent，对石蜡对固体燃料冲压发动机燃烧性能的影响进行了数值仿真研究。结果表明，含能材料石蜡的加入对固体燃料回流区的轴向长度和附着区的位置没有明显的影响，含石蜡固体燃料发动机燃烧室温度变化规律与聚乙烯燃料相似，但在靠近固体燃料壁面处，含石蜡固体燃料二氧化碳含量始终低于聚乙烯燃料，说明含石蜡固体燃料燃烧不够充分，燃烧效率较低。
(1)设计并加工了聚乙烯-石蜡固体燃料，采用激光辐照点火实验，研究了不同石蜡质量分数对含石蜡固体燃料点火燃烧性能的影响。结果表明，固体燃料中石蜡质量分数越高，点火延迟时间越短，固体燃料燃速越高，燃烧后固体燃料表面形貌越粗糙，当石蜡质量分数大于70%时，石蜡质量分数对点火延迟时间的影响逐渐减小，而对燃速的影响逐渐增大。
(2)通过数值模拟，研究了含50%石蜡固体燃料和100%石蜡固体燃料的点火燃烧过程。结果表明，含50%石蜡的固体燃料表面上方温度上升较快，火焰高度较低且火焰不集中，100%石蜡的固体燃料表面上方温度上升较为平缓，火焰高度高且比较集中，在两种固体燃料的中心轴线方向，CO2浓度均沿着火焰中心向火焰头部逐渐升高，火焰头部温度高于火焰中心温度。
(3)通过地面直连式实验系统，研究了石蜡质量分数、固体燃料内径以及突扩台阶高度对SFRJ燃烧性能的影响。结果表明，向聚乙烯固体燃料中加入含能材料石蜡，能够有效的提高固体燃料平均燃速，但是补燃室温度和发动机推力会随之降低。减小固体燃料的内径以及增大突扩台阶高度，都能提高固体燃料平均燃速，且突扩台阶高度的增大还能提高发动机推力，使燃烧更稳定，燃烧效率也更高。
(4)应用流体计算软件Fluent，对石蜡对固体燃料冲压发动机燃烧性能的影响进行了数值仿真研究。结果表明，含能材料石蜡的加入对固体燃料回流区的轴向长度和附着区的位置没有明显的影响，含石蜡固体燃料发动机燃烧室温度变化规律与聚乙烯燃料相似，但在靠近固体燃料壁面处，含石蜡固体燃料二氧化碳含量始终低于聚乙烯燃料，说明含石蜡固体燃料燃烧不够充分，燃烧效率较低。