基于tdlas的rbcc发动机出口燃烧流场诊断实验研究

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1、西北工业大学硕士学位论文（专业学位研究生）题目：基于TDLAS的RBCC发动机出口燃烧流场诊断实验研究作者：黄斌学科专业：航天工程指导教师：刘佩进教授2015年1月AThesisSubmittedforTheMasterDegreeofEngineeringInAerospaceEngineeringExperimentalInvestigationsonOutletCombustionFlowFieldofRBCCEnginebyUsingTDLASTechniqueByHuangBinSupervisedbyProf.LiuPeijin

2、SchoolofAstronauticsNorthwesternPolytechnicalUniversityXi’anP.R.CJanuary2015摘要摘要火箭基组合循环（RBCC）发动机将火箭发动机和冲压发动机有机的结合在一个流道中，兼具前者高推重比和后者高比冲效率的优势，通过各工作模态过渡可实现宽马赫数范围内飞行，具有良好的发展和应用前景。RBCC发动机研究迅速发展的同时也面临着巨大的挑战，随着研究的重点逐步转向更加细致化的燃烧机理等方面，亟需更加先进的测量和燃烧诊断技术以获取更加精确的燃烧流场参数，而可调谐二极管激光吸收光谱（TD

3、LAS）技术具有非接触式测量、时间分辨率高、测量范围广等优势，可满足RBCC发动机燃烧流场参数测量的需求。但是由于煤油燃料RBCC发动机燃烧生成大量的炭黑等颗粒，产生强烈的火焰辐射对测量产生严重的干扰，影响了TDLAS技术的实际应用。本文从TDLAS技术的理论基础出发，介绍了波长扫描和固定波长两种直接吸收光谱技术及其燃烧流场参数测量原理，分析了利用该系统开展以煤油为燃料的RBCC发动机地面直连实验出口流场参数测量时所遇到的问题，提出了一些改进措施，有效实现了基于TDLAS技术的RBCC发动机出口燃烧流场诊断。利用改进后的TDLAS系统进行来

4、流5.5Ma下燃料支板喷注二次燃料的RBCC发动机出口燃烧温度测量，获得了该工况条件下H2O组分吸收光谱，基于TDLAS双线测温原理，计算得到了发动机出口燃气温度随时间变化曲线。通过对比二次燃料喷注流量为120gs/实验工况下TDLAS测量结果与数值模拟结果，结果显示两者吻合较好。因此，开展了不同工况下RBCC发动机出口燃气温度测量实验研究，详细分析了某一工况下不同时序阶段以及不同工况实验出口燃气温度结果，为发动机出口燃烧诊断提供了直接数据支撑，这对RBCC发动机燃烧组织方式优化和燃料喷注规律具有重要参考价值。此外，还分析了基于多普勒效应的

5、TDLAS交叉光束测速方法用于RBCC出口燃气速度测量的局限性，提出了一种结合TDLAS技术与互相关法的速度测量方法，并开展了模拟来流6Ma下RBCC发动机地面直连实验出口流场速度测量探索，结果表明该方法可以有效实现不同时序阶段的RBCC发动机出口燃气速度在线测量。关键词：TDLAS，RBCC，燃烧组织，燃烧诊断，速度测量-I-AbstractAbstractRocketBasedCombinedCycle(RBCC)enginecombinesrocketwithramjettogether,andalsocombinesthehight

6、hrusttoweightwiththehighspecificimpulseefficiencyadvantages.ItcanworkatthewideMachnumberthroughthemodaltransition,whichhasapromisingprospectfordevelopmentandapplication.EnormouschallengescomealongwiththerapiddevelopmentofresearchofRBCCengine,astheresearchgraduallyfocuseson

7、thedetailedcombustionmechanism,moreadvancedmeasurementandcombustiondiagnosismethodsareneededtogetmoreaccuratecombustionflowfieldparameters.TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy(TDLAS)techniquehastheadvantagesofnon-contactmeasurement,hightimeresolution,widemeasurementrang

8、eandsoon,itcanmeettheneedsofparametersmeasurementofRBCCenginecombustionflowfield.Butlarge