超声速燃烧室长时间工作稳燃支板性能研究

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1、中图分类号：V235.21学校代码：10213UDC：629.7密级：公开工学硕士学位论文超声速燃烧室长时间工作稳燃支板性能研究硕士研究生：宁东坡导师：鲍文教授申请学位：工学硕士学科：动力机械及工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V235.2U.D.C:629.7DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringPERFORMANCESTUDYONFLAMEHOLDINGSTRU

2、TWITHCOOLINGSTRUCTUREINSUPERSONICCOMBUSTORCandidate：NingDongpoSupervisor：Prof.BaoWenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerMachineryandEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScience&EngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferrin

3、g-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要超燃冲压发动机以其高速、比冲大、续航能力强成为各个航天强国和军事大国研究热点，然而其燃烧室来流速度过高给实现稳定燃烧带来了难题。本文针对采用中心支板稳定燃烧的燃烧室提出了一种带有冷却结构的新型稳燃支板的结构方案，并且设计了和支板耦合的等离子体点火装置。本文首先提出使用气体驻留时间来衡量支板营造回流区的能力，编写了用于绘制流线计算流场中气体驻留时间的MATLAB程序。采用自编程序对一块典型无后掠支板流场进行了分

4、析，指出了流场位置和气体驻留时间之间的关系。分析了支板外形结构参数对回流区气体驻留时间的影响规律，提出了长气体驻留时间支板的设计原则。再者对工作与高温高速气流中支板表面尤其前缘易烧蚀的情况，给出了一种逆流喷射冷却的热防护方案。计算了不同冷却剂喷射总压对支板表面热载荷的影响，通过流场分析指出逆流喷射能够降低热流的机理，并且讨论了逆流喷射对燃烧室气动参数的影响。最后通过计算指出存在合适的工作参数既减小支板前缘热流又不大幅增加总压损失。其次根据支板结构参数对气体驻留时间的影响规律设计了一种锯齿形支板和与

5、之配合安装的等离子体点火装置（PIS）。对锯齿形支板的无煤油喷射流场和有煤油喷射流场进行计算，并在相同工况和普通支板进行了对比。初步设计了支板逆流喷射冷却结构，计算了其三维流场支板热载荷的分布。最后给出了带有冷却结构的稳燃支板结构设计方案。最后在超声速直连式实验台上进行支板和点火装置的实验。首先在常规环境进行不同工况下PIS性能实验，然后在超声速燃烧室中实验了锯齿形支板与焊枪、PIS不同组合的点火实验，并和普通8mm厚支板进行了对比。结果证明设计的点火装置工作可靠。关键词：超燃冲压发动机；支板；气

6、体驻留时间；稳定燃烧；逆流喷射冷却；等离子体点火装置-I-AbstractAbstractScramjethasbeenanadvancedresearchhotspotinmajormilitarypowerandspacepowerforitshighspeed,highspecificimpulseandlargecruiserange,however,thespeedoftheincomingflowofthecombustoristoohightoholdtheflame.Anewfla

7、meholdingstrutwithcoolingstructureisproposedinthisstudyforthecombustorwhichusestruttomakecombustionstable,aplasmaignitionsystemisalsodesigned.First,thetimeofair-flowusedtojudgetheabilityofstruttocreaterecirculationzoneisproposedinthestudy,andaprogrami

8、swrittentoplotstreamlineandcalculatethetimeofair-flow.Theflowfieldofastrutwithoutsweptisanalyzed,andtherelationshipbetweenthepositionofflowfieldandthetimeofair-flowisexpounded.Thelawbetweenthestrutstructureparametersandthetimeofair-flowisresea