固体燃料冲压发动机燃烧特性的理论与实验研究

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1、分类号密级ＵＤＣ＾南责恣又乂摩，＊ＮＡＮＪＩＮＧＵＮＩＶ巧ＳＩＴＹＯＦＳａＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ博壬学位论文固体燃料冲庙发动机燃烧特性的理论与实验研究（题名和副题名）谢爱元（作者姓名）指导教师姓名武晓松教授学位类别工学博壬学科名称航空宇航推进理论与工程研究方向冲压发动机论巧験时间２０１５年１月注１；注明《国际十进分类法ＵＤＣ》的类号。浮壬学隹文固体燃料冲应发动化燃饶特性的理论与实验研究作者：

2、谢爱元指导教师：武晓松教授南京理工大学２０１５年１月Ｐｈ．Ｄ．ＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＴｈｅｏｒｙａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｂｏｕｔｔｈｅＣｏｍｂｕｓ村ｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓ村ｃｏｆＳｏｌｉｄＦｕｅｌＲａｍｅｔｊＢｙＡｉｕａｎＸＩＥｙＳｕｅｒｖｉｓｅｄｂＰｒｏｆ．ＸｉａｏｓｏｎＷＵｐｙｇＮａｎｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｊｇｙｇｙＪａｎｕａｒ２０１５ｙ，声明，本学位

3、论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知在本学位论文中，陈了加Ｗ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历而使用过的材料一。与我同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文中作了明确的说明。研究生签名？；１為年巧＾巧、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，可借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内祭可Ｗ向有关部口或机构送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

4、文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名；（伞复心八解／月細、博±学位论义岡体燃抖冲发动机燃烧特性的理论４实验研究摘要近年来，固体燃料冲压发动机（ＳＦＲＪ）备受世界各国关注，与其它发动机相比，ＳＦＲＪ具有比冲高、结构简单等特点，在超声速导弹和增程炮弹方面具有广阔应用前景。本文Ｗ弹用ＳＦＲＪ为应用背景，Ｗ计算流体动力学软件Ｆｌｕｅｎｔ为工具，结合理论、ＳＦＲＪ的工分析数值模拟和实验等手段，对不同条件下作状态及其燃面退移速率迸行了深入系统的研究，为ＳＦＲＪ的研制奠定理论和实验

5、基础。本文主要工作如下。（１）在完成燃料通道内流场流动状态分析的基础上，基于洽平衡法，建立了内孔燃烧ＳＦＲＪ燃面退移速率的预示模型，并编写了预示程序。模型中考虑了燃烧室入曰直径，燃料通道直径，燃料长度，来流空气质量流率、总温等因素对固体燃料燃面退移速率的影响。针对１＾１聚乙稀（ＰＥ）、聚甲基丙帰酸甲醋（ＰＭＭＡ）为燃料的８？則进行了３４个工况的计算，并与己有实验进行对比，主要结论有：燃面退移速率的计＜－￣算误差在１４．４緣１３．５％之间，误差绝对值的平均值为５．８７％；在理论计算中首次发

6、，工作过程中固体燃輯内腔体积随时间呈线性关系，并给予了相应的分析现；在给定工况下的计算结果表明ＳＦＲＪ－０２１。，中燃面退移速率正比于燃料长度的．次方（２）利用用户自定义函数（ＵＤＦ）进行二次开发，在Ｆｌｕｅｎｔ平台上基于源项添加法，建立了ＳＦＲＪ燃烧室准定常流场数值模拟方法。对阳为燃料的内孔燃烧ＳＦＲＪ在不同来流空气质量流率、总温、燃烧室入口相对突扩台阶高度、发动机尺寸及燃料长度条件下的燃烧室准定常流场进行了数值模拟，主要结论有：随着来流空气质量流率的增大，固体燃料的燃面退移速率不断增大，

7、补燃室内空燃比及压力增大、湿度降、低，发动机推力比冲增大空气总湿的升高，燃面退移速率不断增大，补；随着来流燃室温度升高，压力及发动机推力不断增大，而发动则机比冲减小；随着相对突扩台阶高度的不断増大，燃面退移速率増加，补燃室温度及压力逐渐升高，化学反应速率，发动机的火焰稳定性不断提髙逐渐加快；在保证空气密流及总湿相同、几何相似的条件下，随着尺寸的减小，燃面退移速率增大，补燃室温度及压力升高，火焰稳定性降低，，；在保证其它参数相同时增大燃料长度并不改变燃料通道内相同轴向位置处的流场温度、燃料的

8、燃面退移速率及组分分布，，而平均燃面退移速率减小补燃室温度、压力升高。一（３）提出了种燃料外侧面燃烧的ＳＦＲＪ构型，对燃面直径分别为４０ｍｍ、６０ｒｍｎ的外侧面燃烧ＰＥＳＦＲＪ燃烧室流场进行了准定常数值模拟研究，并与通气面积相同的内孔燃烧ＳＦＲＪ燃饶室流场进行了对比：，结果表明与内孔燃烧相比，再附着点之前，＝外侧面燃烧的燃料