冲压发动机燃烧室压力脉动对进气道的影响分析

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1、第36卷第3期2010年6月火箭推进JOURNAl．OFROCKETPROPULSIONV01．36．№．3Jun．2010冲压发动机燃烧室压力脉动对进气道的影响分析王玉峰，郭斌，吴宝元(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：冲压发动机燃烧室燃烧时产生的振荡会以声波的形式对进气道结尾激波产生干扰。本研究采用数值方法模拟了不同燃烧室压力脉动频率和振幅对进气道工作状态的影响情况。计算模型为轴对称混压式进气道，控制方程采用雷诺平均N—S方程，湍流模型为标准k一8模型。求解时时间推进采用二阶隐式格式，空间离散采用AUSM格式。计算结果表明，燃烧室压力振荡频率越大进气道结尾激波运动幅度越

2、小，而振荡幅值越大进气道结尾激波的运动幅度越大。关键词：进气道；燃烧室；压力振荡中图分类号：V434文献标识码：A文章编号：(2010)03-0028—05EffectoframjetenginechamberpressureoscillationontheinletworkperformanceWangYufeng，GuoBin，WuBaoyuan(Xi'anAerospacePropulsionInstitute，Xi"an710100，China)Abgtmet：Pressureoscillationsinducedinramjetcombustionchambermayinflu

3、encetheinletterminalshockwave．Thispaperdescribesnumericalsimulationsofinteractionsbetweenshockwaveandacousticwaveatdifferentoscillationamplitudesandfrequencies．TheAUSMschemeisusedinfinitevolumemethodtosolveunsteadyNavier—Stokesequations．Theresultsshowthattheresponseoftheterminalshockwaveincreases

4、withamplitudeincreasingoftheimposeddisturbance，butde-creaseswiththefrequencyincreasing．Keywords：inlet；combustionchamber；,pressureoscillations收稿日期：2010-01-05；修回日期：2010--03-05。作者简介：王玉峰(1980--)，男，硕士，研究领域为火箭发动机系统设计。第36卷第3期王玉峰，等：冲压发动机燃烧室压力脉动对进气道的影响分析290引言冲压发动机进气道与燃烧室的协调工作特性是发动机设计时需要考虑的一个重要因素。冲压发动机进气道的

5、功能是为燃烧室提供一定流量的、总压较高、品质较好的空气。进气道的性能或出口流场品质都会在一定程度上影响发动机性能和燃烧室工作，而燃烧室由于燃烧产生的纵向振荡也会以声波的形式在进气道通道内传播。当声波与激波相遇时，会使得进气道结尾激波前后移动，如果移动距离较大则可能导致进气道结尾激波推出唇口，引发喘振。为尽可能降低这种振荡带来的危害，在发动机设计时一般会留有一定的裕度，但这种方法是建立在牺牲一定发动机性能的基础上的，余量是否能够满足要求也需要进行大量的地面试验。为了较为满意地预测余量的大小，需要全面了解燃烧室纵向压力振荡产生的声波与进气道结尾激波的相互干扰特性。早在上世纪50年代，国外学者

6、就进行了一系列带有激波的进气道非定常流动试验和数值研究。Msajben，TJBogar和JCKroutil对超声速扩压器的简化模型进行了受迫振动的试验研究。该试验采用拉瓦尔喷管来代替扩压器，在喷管出口用一个随时间转动的阻塞装置来模拟燃烧室压力振荡产生的扰动。通过该试验研究了结尾激波和声波的相互干扰以及在不同激波强度下的振动频率。THsieh，TJBogar和TJCoakley对上述简化模型进行试验和基于N—S方程的数值研究，但与上述试验不同的是本次试验出口没有给定压力脉动，而是给定出口压力。试验和计算发现，即使没有出口的压力扰动，整个流场也处于振荡状态，即自激振荡。通过比较计算和试验的结

7、果，给出了振荡频率，并发现振荡与分离涡的产生、发展和脱落有关。Culick和Rogers采用小扰动方法对进气道内激波与声波的相互干扰进行了理论分析。给出了激波与声波相互作用的计算模型，这种模型可以预测受迫振动下激波的位移。TJBogar，MSajben和JCKroutil将进气道作为一个声腔，认为进气道中的纵向声波振动与进气道长度有关，并给出了预测振荡频率的简单关系式，但这种关系式仅能用于弱激波隋况。前人对自激振荡的研究都是采用简化