固体燃料冲压发动机点火过程研究

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1、万方数据博士学位论文固体燃料冲压发动机点火过程研究作者：朱国强指导教师：周长省教授陈雄副教授南京理工大学2014年1月万方数据Ph．D．DissertationTheResearchontheIgnitionProcessofSolidFuelRamjetZhuGuoqiangSupervisedbyPyoj．ZhouChangshengAssociateP了oj．ChenXiongNanjingUniversityofScience&TechnologyJanuary,2014万方数据声明尸明本学位论文是我在导师的指导下取

2、得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：矽I甲年1月7日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：拿蓟i笔。，Ⅳ年f月7

3、日万方数据博士论文固体燃料冲压发动机点火过程研究摘要本文以增程炮弹用固体燃料冲压发动机为研究背景，采用理论分析、数值仿真和实验研究相结合的方法，对固体燃料冲压发动机点火过程进行了系统研究。建立了C02激光点火实验系统，利用该系统对固体燃料冲压发动机用典型固体燃料(PMMA和铝镁贫氧推进剂)的点火特性进行了实验研究。研究结果表明：两种固体燃料的点火延迟时间均随着点火热流密度增大而减小，且当热流密度较大时，热流密度对点火延迟时间的影响减弱；PMMA在点火过程中先热分解，而后分解产物与空气进行二次燃烧，其点火过程为典型的气相点火；

4、对于采用PMMA为固体燃料的冲压发动机，为保证点火的可靠性，在点火热流较高基础上应延长其作用时间，以完成从点火到自持燃烧的过渡。根据固体燃料冲压发动机点火过程中发动机内的流动、传热和燃烧等特性，建立了以PMMA为固体燃料的发动机点火过程的物理数学模型和数值计算方法，并基于FLUENT软件的UDF接口编写了固体燃料分解加质源项计算程序。采用该数值计算方法对突扩台阶后固体燃料自点火过程进行了数值模拟研究，计算结果与实验结果吻合较好，表明该数值计算方法具有较高的可靠性。利用本文所建立的点火过程物理数学模型和数值计算方法，分别对环形

5、点火方式和中心锥点火方式下固体燃料冲压发动机的点火过程进行了数值模拟，研究了不同来流空气条件、不同点火药燃气条件和不同固体燃料装药内径对点火过程的影响。研究结果表明：环形点火过程中，固体燃料的初始分解起火位置位于突扩台阶后回流区靠近点火器喷口处，随后燃料的分解燃烧逐渐向下游发展；而中心锥点火过程中，固体燃料的初始分解起火位置位于突扩台阶后回流附着点处，燃料的分解燃烧同时向上下游扩展；环形点火过程中，较低的来流空气质量流率及温度和较高的点火药燃气总质量及温度均有利于缩短点火延迟时间；中心锥点火过程中，来流空气质量流率越小，发动

6、机点火延迟时间越短，而固体燃料装药内径越大，则点火延迟时间越长；突扩台阶后回流区内的MMA气体的贮存和再燃烧，是点火器工作结束后，发动机从点火状态向自持燃烧稳定工作状态过渡的关键。设计了以中心锥为点火器、以PMMA为燃料的固体燃料冲压实验发动机，并利用直连式实验系统完成了发动机点火和燃烧实验研究，为固体燃料冲压发动机中心锥点火过程数值模拟提供了必要依据。研究结果表明：随着空气质量流率的增大，固体燃料的平均燃速增加；而燃料装药内径越大，固体燃料的平均燃速则越低。实验得到的压强．时间曲线与和数值计算结果较吻合，验证了本文所建立的

7、数值计算方法的可靠性；数值计算得到的固体燃料平均燃速和当地燃速的变化趋势与实验结果一致，但计算所得燃料万方数据摘要博士论文平均燃速与当地燃速与实验值相比均偏高。通过本文的研究，得到了固体燃料冲压发动机点火过程中的流场特性和相关因素对点火特性的影响规律，为固体燃料冲压发动机的设计及应用提供了理论指导和技术支持。关键词：固体燃料冲压发动机，激光点火，PMMA，数值模拟，中心锥点火，点火延迟时间，直连式实验系统万方数据博士论文固体燃料冲压发动机点火过程研究AbstractBasedonrelateddevelopmentworko

8、fthesolidfuelramjetextended-rangeprojectile，theresearchontheignitionprocessofsolidfuelramjetWascardedoutbymeansoftheoreticalanalysis，numericalsim