超燃冲压发动机流量匹配的临界流量法

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1、第4卷第2期2013年5月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．4No．2May2013文章编号：16748190(2013)02—204—07超燃冲压发动机流量匹配的临界流量法李舶，陈玉春，黄兴，李洁，王晓东(西北工业大学动力与能源学院，西安710072)摘要：为了使用基于积分方程的超燃冲压发动机性能计算模型模拟跨燃、亚燃工作模态，用临界流量法建立用于表征燃烧室热壅塞程度的残差方程，并以隔离段出口静压为独立变量，通过牛顿迭代法迭代求解残差方程，

2、模拟了燃烧室内存在临界截面(即喉道)但不出现热壅塞的实际跨燃、亚燃工作状态。结果表明：该方法能够确定有喉道的超燃冲压发动机燃烧室一维参数分布，并具有计算精度高、计算速度快、收敛性好等优点，可以为基于积分方程的超燃冲压发动机性能计算模型求解提供一定的参考。关键词：双模态超燃冲压发动机；隔离段；燃烧室；流量匹配；临界流量法中图分类号：V235．113文献标识码：AModelCriticalMassFlowMethodBasedonFlowMatchingofScramjetLiBo，ChenYuchun，HuangX

3、ing，LiJie，WangXiaodong(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：InordertOsimulatethetransonicandsubsonicmodesusingthescramjetengineperformancecomputa—tionalmodelwhichbasedontheintegralequations，theresidualequationi

4、sestablishedbycriticalmassflowmethodwithanindependentvariableofstaticpressureattheoutletofisolator．ThisequationwhichexpressestheextentofthermalchockisiteratedbyNewton-RaphsonmethodtOsimulatetheworkingconditionofthetransonicandsubsonicmodesonwhichthereiSacriti

5、calcross—sectionandnothermalchocks，i．e．athermalthroat．inthecombustor．Theresultsshowthatthedistributionofone—dimensionparameterswithathermalthroatinthecombustorcanbesimulatedwiththismethod．Meanwhile，thismethodisofhighaccuracy，fastcomputingspeedandgoodconvergen

6、ce．Itcontributesmuchtothesolvingofthescramjetengineperformancecomputationalmodel．Keywords：dual—modescramjet；isolator；combustor；matchingofmassflow；criticalmassflowmethod0引言一维(1D)超燃冲压发动机总体性能模拟技术是分析发动机部件匹配工作机理、工作模态、模态转换的重要工具，也是发动机控制规律研究、特性计算和方案设计的基础。在开发一维超燃冲压发动机

7、总体性能计算程序的过程中，遇到的一个主要的困难是跨燃／亚燃模态的工作模态捕捉、喉道位置确定和总体性能计算。目前国外已经开发出的收稿日期：201207—11；修回日期：2012-0919通信作者：李舶，bbreborn@mail．nwpu．edu．cn许多一维超燃冲压发动机总体性能计算程序中只有少数能够完成转模态性能计算，而且均不公开源代码口书]。国内目前应用最为广泛的一维计算模型是将流量连续方程、动量守恒方程以及能量守恒方程应用于一维微元控制体，推导出描述超燃冲压发动机的隔离段和燃烧室的一维微分方程组[1]。但是

8、基于一维微分方程组的计算模型存在一些不足之处，尤其是在热力学喉道处，微分形式的流量方程奇异，即出现0／0的不定式，热力学喉道处及附近的高精度数值计算难以完成[2’7’8

9、。为了在燃烧室出现喉道的模态下求解基于积分方程的一维超燃冲压发动机总体性能模型，经过第2期李舶等：超燃冲压发动机流量匹配的临界流量法205对隔离段与燃烧室共同工作机理的理论分析，提出临界流量法以求解热力学