諧振不穩(wěn)定燃燒機(jī)理與特性研究.pdf

1、不穩(wěn)定燃燒會(huì)對(duì)在穩(wěn)定狀態(tài)下工作的推進(jìn)系統(tǒng)造成很大影響，但在一定的聲學(xué)條件控制下，不穩(wěn)定燃燒具有燃燒效率高、污染小、提高PDE的工作頻率等優(yōu)點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)的諧振脈動(dòng)燃燒裝置工作特性的研究，探索諧振不穩(wěn)定燃燒的聲學(xué)特性及聲-化學(xué)燃燒之間的相互作用機(jī)理，獲得在穩(wěn)定燃燒推進(jìn)系統(tǒng)中抑制振蕩燃燒現(xiàn)象的技術(shù)措施。本文所開(kāi)展的具體研究工作如下：
　　1、設(shè)計(jì)了施密特型氣動(dòng)閥式脈動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)模型和試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)樣機(jī)模型的內(nèi)部流場(chǎng)及非穩(wěn)態(tài)的混氣

2、燃燒過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析。得到以下結(jié)論，（1）發(fā)現(xiàn)了燃燒室內(nèi)的壓力脈動(dòng)與進(jìn)口流量之間周期性變化規(guī)律；（2）獲得了沖壓進(jìn)氣脈動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)不出現(xiàn)出口端空氣倒流以及出口端處會(huì)一直處于高溫狀態(tài)的現(xiàn)象。
　　2、開(kāi)展了施密特型和亥爾姆霍茨型脈動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)研究，通過(guò)間歇供氣和連續(xù)供油的方式，實(shí)現(xiàn)了脈動(dòng)燃燒。試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果表明，（1）在脈動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，空氣和燃油的摻混效果影響燃燒位置，燃燒區(qū)域在脈動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)頭部時(shí)才能產(chǎn)生脈動(dòng)燃燒；（2）在燃燒室

3、內(nèi)安裝一個(gè)蒸發(fā)器，可以用來(lái)提供能量加熱混氣溫度和蒸發(fā)燃油，這樣更容易產(chǎn)生脈動(dòng)燃燒。
　　3、對(duì)上述脈動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的頻率特性、壓力特性進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究，得到了幾何結(jié)構(gòu)、當(dāng)量比、進(jìn)氣壓力與火焰鋒面、脈動(dòng)頻率、壓力之間的關(guān)系。研究表明，（1）驗(yàn)證了脈動(dòng)燃燒的某一點(diǎn)壓力脈動(dòng)隨著時(shí)間是按照正弦曲線變化的這一規(guī)律以及脈動(dòng)頻率與管長(zhǎng)和管內(nèi)的平均聲速之間的相互關(guān)系；（2）火焰鋒面周期性的變化與壓力脈動(dòng)同相位時(shí)，這個(gè)燃燒放熱過(guò)程才能驅(qū)動(dòng)壓力脈動(dòng)

4、；（3）燃燒室內(nèi)加上強(qiáng)化燃燒裝置能夠使脈動(dòng)頻率升高，但是燃燒不夠穩(wěn)定，壓力波動(dòng)較大；（4）在一定范圍內(nèi)，壓力脈動(dòng)隨著當(dāng)量比的增加而增大了；當(dāng)量比較高時(shí)，脈動(dòng)燃燒會(huì)出現(xiàn)跳頻現(xiàn)象，提高進(jìn)氣壓力，脈動(dòng)燃燒的基波頻率升高，同時(shí)高次諧波的分量降低。
　　4、設(shè)計(jì)了兩階段脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)模型，分析了諧振腔對(duì)爆震頻率的影響，對(duì)諧振腔內(nèi)的混氣成分及其分布規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。研究發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)量比為2.5～3時(shí)，預(yù)燃燒室內(nèi)的燃燒會(huì)產(chǎn)生較多的C、H