兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (12): 4451-4461.doi: 10.12382/bgxb.2023.0905
常亚1, 武志文1, 王锐2, 高琨鹏3, 章喆1,*(), 王宁飞1
收稿日期:
2023-09-11
上线日期:
2024-02-19
通讯作者:
CHANG Ya1, WU Zhiwen1, WANG Rui2, GAO Kunpeng3, ZHANG Zhe1,*(), WANG Ningfei1
Received:
2023-09-11
Online:
2024-02-19
摘要:
针对固体燃料冲压发动机中因扩散燃烧带来的燃速与燃烧效率偏低问题,提出一种燃烧室双旁侧二次进气固体燃料冲压发动机方案,以提高固体燃料冲压发动机燃烧性能。基于标准k-ε湍流模型和涡耗散方程建立冲压发动机燃烧模型,并对冲压发动机基本模型(无旁侧进气)与双旁侧二次进气冲压发动机模型的内流场、燃面退移速率、燃烧效率等展开仿真计算,同时研究了旁路比对双旁侧二次进气冲压发动机性能的影响。仿真结果表明:燃烧室双旁侧二次进气冲压发动机内流场将出现二次回流区、旋流区等新的流场特征,在一定程度上有助于增强发动机掺混燃烧;燃烧效率和比冲随旁路比的增加呈现先增加、后降低趋势,并在旁路比为60%时二者最高,相较冲压发动机基本模型燃烧效率提升了将近40%、比冲提高了12.09%;推力随旁路比增加整体呈现增加趋势,在旁路比为60%时增量最大,之后推力增益效果随着旁路比的增加逐渐减小。
中图分类号:
常亚, 武志文, 王锐, 高琨鹏, 章喆, 王宁飞. 燃烧室双旁侧二次进气固体燃料冲压发动机燃烧特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(12): 4451-4461.
CHANG Ya, WU Zhiwen, WANG Rui, GAO Kunpeng, ZHANG Zhe, WANG Ningfei. Combustion Characteristics of a Solid Fuel Ramjet with Secondary Air Intake in Combustion Chamber[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(12): 4451-4461.
工况 | 入口内径/mm | 装药长度/mm | 空气流量/(kg·s-1) | 空气总温/K | 压强/MPa | 燃速/(mm·s-1) | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
试验值 | 计算值 | ||||||
1 | 23.4 | 202 | 0.293 | 624 | 0.807 | 0.574 | 0.576 |
2 | 23.4 | 202 | 0.308 | 615 | 0.848 | 0.597 | 0.598 |
表1 试验与数值计算结果对比
Table 1 Comparison of experimental and numerical results
工况 | 入口内径/mm | 装药长度/mm | 空气流量/(kg·s-1) | 空气总温/K | 压强/MPa | 燃速/(mm·s-1) | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
试验值 | 计算值 | ||||||
1 | 23.4 | 202 | 0.293 | 624 | 0.807 | 0.574 | 0.576 |
2 | 23.4 | 202 | 0.308 | 615 | 0.848 | 0.597 | 0.598 |
SFRJ模型 | 质量流量/(kg·s-1) | 总温/K | |
---|---|---|---|
主路 | 旁路 | ||
SFRJ基本模型 | 1 | 692 | |
燃烧室双旁侧二次进气SFRJ模型 | 0.7 | 0.15 | 692 |
表2 流场计算边界条件
Table 2 Boundary conditions for flow field calculation
SFRJ模型 | 质量流量/(kg·s-1) | 总温/K | |
---|---|---|---|
主路 | 旁路 | ||
SFRJ基本模型 | 1 | 692 | |
燃烧室双旁侧二次进气SFRJ模型 | 0.7 | 0.15 | 692 |
旁路比/% | 平均燃速/(mm·s-1) | 增长率/% |
---|---|---|
0 | 0.784 | |
10 | 0.830 | 5.97 |
20 | 0.842 | 1.46 |
30 | 0.855 | 1.48 |
40 | 0.859 | 0.46 |
50 | 0.826 | -3.82 |
60 | 1.038 | 25.62 |
70 | 1.189 | 14.60 |
80 | 1.390 | 16.87 |
90 | 1.703 | 22.57 |
表3 平均燃速变化
Table 3 Variation of average burning rate
旁路比/% | 平均燃速/(mm·s-1) | 增长率/% |
---|---|---|
0 | 0.784 | |
10 | 0.830 | 5.97 |
20 | 0.842 | 1.46 |
30 | 0.855 | 1.48 |
40 | 0.859 | 0.46 |
50 | 0.826 | -3.82 |
60 | 1.038 | 25.62 |
70 | 1.189 | 14.60 |
80 | 1.390 | 16.87 |
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