兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (12): 4462-4474.doi: 10.12382/bgxb.2023.1076
刘忆东, 秦琼瑶, 李建中*(), 袁铭泽, 李珑罡, 李夏飞
收稿日期:
2023-11-02
上线日期:
2024-01-19
通讯作者:
基金资助:
LIU Yidong, QIN Qiongyao, LI Jianzhong*(), YUAN Mingze, LI Longgang, LI Xiafei
Received:
2023-11-02
Online:
2024-01-19
摘要:
斜爆震发动机是一种新型的吸气式发动机,在马赫数9以上的高超声速飞行中有着极大的优势。其中内喷构型斜爆震发动机由于掺混距离短,面临燃料混合不均匀的问题,不均匀的燃料分布会影响爆震波的稳定可靠起爆。为实现燃料的高效低阻掺混,提出一种垂直布置支板结构。采用数值模拟方法研究垂直布置支板在实现斜爆震波稳定起爆方面的优越性,分析垂直支板角度对于掺混和起爆的影响。研究结果表明:增大垂直支板角度降低了掺混段出口氢气质量分数,引起氢气分布结构的弯曲;起爆区域倾斜且起爆距离略微增大后逐渐减小。由此可知,增大垂直支板角度强化氢气掺混的同时减小了起爆距离,从而实现了斜爆震波的稳定可靠起爆。
中图分类号:
刘忆东, 秦琼瑶, 李建中, 袁铭泽, 李珑罡, 李夏飞. 垂直布置支板对斜爆震发动机掺混与起爆特性的影响[J]. 兵工学报, 2024, 45(12): 4462-4474.
LIU Yidong, QIN Qiongyao, LI Jianzhong, YUAN Mingze, LI Longgang, LI Xiafei. Effect of Vertically-arranged Strut on the Mixing and Initiation Characteristics of Oblique Detonation Engine[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(12): 4462-4474.
位置 | 马赫数 | 温度 | 压力 | 氧气质量分数 | 氮气质量分数 | 水质量分数 | 氢气质量分数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
燃烧室进口 | 4.2 | 857.7 | 61004 | 0.232 | 0.736 | 0.032 | 0 |
燃料喷注器 | 1.01 | 300 | 225000 | 0 | 0 | 0 | 1 |
表1 掺混段边界参数
Table 1 Boundary conditions of mixing section
位置 | 马赫数 | 温度 | 压力 | 氧气质量分数 | 氮气质量分数 | 水质量分数 | 氢气质量分数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
燃烧室进口 | 4.2 | 857.7 | 61004 | 0.232 | 0.736 | 0.032 | 0 |
燃料喷注器 | 1.01 | 300 | 225000 | 0 | 0 | 0 | 1 |
图8 水平和垂直布置支板下起爆段出口温度分布云图
Fig.8 Temperature contours at the exit section of the detonation section under horizontally-and vertical-arranged strut injections
工况 | 垂直支板角度/(°) | 工况 | 垂直支板角度/(°) |
---|---|---|---|
1 | 4 | 3 | 8 |
2 | 6 | 4 | 10 |
表2 不同垂直支板角度工况
Table 2 Mixing conditions at the different angles vertical-arranged strut
工况 | 垂直支板角度/(°) | 工况 | 垂直支板角度/(°) |
---|---|---|---|
1 | 4 | 3 | 8 |
2 | 6 | 4 | 10 |
图11 不同支板角度情况下掺混段各位置处压力和温度变化
Fig.11 Variation curves of pressures and temperatures at each positions of the mixing section with different vertically-arranged strut injection angles
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表3 不同垂直支板角度下起爆段出口压力和温度分布云图
Table 3 Detonation section exit pressure and temperature contours under different angles of vertically-arranged strut injection
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支板角度/(°) | 4 | 6 | 8 | 10 |
---|---|---|---|---|
z/m | 0.012 | 0.012 | 0.011 | 0.0105 |
表4 起爆距离最短截面相对应的z轴位置
Table 4 z-axis position corresponding to the shortest cross-section of detonation distance
支板角度/(°) | 4 | 6 | 8 | 10 |
---|---|---|---|---|
z/m | 0.012 | 0.012 | 0.011 | 0.0105 |
图14 不同垂直支板角度下起爆温度等值线对比和起爆距离变化
Fig.14 The detonation temperature contour corresponding to detonation wave front and the variation curve of detonation distance under different angles of vertically-arranged strut
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