来流条件对SFRJ燃速及自持燃烧性能的影响

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252016V01．37No．51428-1439ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．CRDOI：10．7527／SL000—6893．2015．0212来流条件对SFRJ燃速及自持燃烧性能的影响巩伦昆，陈雄*，周长省，李映坤，朱敏南京理工大学机械工程学院，南京210094摘要：为了研究来流条件对固体燃料燃速以及自持燃烧性能的影响规律，采用3阶单调迎风格式

2、(MUSCL)重构方法，AUSMPW+通量分裂格式，肛叫剪切应力输运(SST)湍流模型，7组分3反应有限速率化学反应模型以及2阶矩湍流燃烧模型，编制了二维轴对称湍流燃烧仿真程序。仿真结果显示：来流质量流率和总温的增加会提高燃速，温度和质量通量的影响指数大约为0．95～1．00和0．67；来流条件影响燃速的主要机理是壁面附近温度和湍流黏性的变化，其中湍流黏性是主要影响因素；随着质量流率的增加，特征速度逐渐降低，当入口马赫数接近1时，特征速度大约为850m／s，固体燃料将无法自持燃烧。关键词：固体燃料冲压发动机；燃速；来流条件

3、；数值仿真；自持燃烧中图分类号：V235文献标识码：A文章编号：10006893(2016)05—1428—12固体燃料冲压发动机(SolidFuelRamjet，SFRJ)具有结构简单、比冲高等优点，在超声速导弹中有着较大的应用潜力。由于SFRJ中的固体燃料的燃速}会受到来流条件的影响，不易控制，并且容易出现不稳定燃烧现象，目前，SFRJ在实际工程中应用较少。由此可见，得到来流条件对固体燃料燃烧性能的影响规律对SFRJ的设计优化非常重要。针对来流条件对≯的影响问题，国外进行了大量实验研究，但是，研究结果差别较大。其中，S

4、chuhe【11对药柱内径d。=60mm以及d。=120mm的聚乙烯(Polyethylene，PE)药柱进行了实验，得到了质量流率m和来流总温T。对平均燃速的影响规律，优的影响指数在0．26左右，孔的影响指数为0．4～o．5；而荷兰的Elands等[2]得到的数值分别为0．5～O．6和0．55～O．65；Netzer和Gany[s]对d。=10mm的PE药柱进行了实验，得到的值分别为0．9～1．0以及0．95；Ferreira等[43实验得到的m和T。的影响指数均为0．35～0．40。上述差别的主要原因在于研究工况的差别

5、。在理论计算方面，Netzer[53和Stevenson[63分别采用涡函数一流函数以及原始变量模型进行了仿真；Elands等口1采用k—epsilon湍流模型和有限速率等多种燃烧模型，并通过SIMPLE算法进行了仿真计算；Netzer口3和Zvuloni[73等采用经典的管流以及突扩台阶传热理论对来流条件的影响进行了分析。针对来流条件对燃速的影响问题，中国的研究起步较晚，但是，近年来也取得了许多研究成果。其中，郭健[83编制了三维流动燃烧程序，分析了来流条件对丁羟(HydroxylTerminatedPolybutadi

6、ene，HTPB)燃速的影响，并实验研究了来流质量流率对贫氧推进剂的影响；夏强[9]使用Fluent软件对有机玻璃(PolymethyMethac—rylate，PMMA)的燃烧性能进行了仿真，最终得收稿日期：2015．06．02；退修日期：2015-06—23；录用日期：2015—07—30；网络出版时间：2015—08．0409：06网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20150804．0906．002html*通讯作者．Tel．：025-84315605E-mail：c

7、henxiong@njust．edu．cn飘甬格式

8、巩伦昆，陈雄，局长蓍．等。来流条件财SFRJ燃速及自持燃烧性能的影响￡J]航空学报t2016。37(5)；1428-1439．GONGLK，CHENX，ZHOUCS，eta1．Effectofinletflowconditiononregressionrateandself-sustainedcombus桴onofsolidfuelramjet[J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica。2016．37(5)：1428-1439．巩伦昆，

9、等：来流条件对SFRJ燃速及白持燃烧性能的影响到的m和T。对平均燃速的影响指数分别为0．331以及0．361；成红刚[10]和谢爱元[11]等通过仿真方法，得到了m和T。对PE固体燃料平均燃速的影响规律。在SFRJ中，较高的质量流量以及较低的台阶高度会引起固体燃料的不稳定燃烧甚至熄火现象。针对固体燃料自