CN112555901A - 激波串不稳定运动提升超燃冲压发动机燃料掺混的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激波串不稳定运动提升超燃冲压发动机燃料掺混的方法，通过超声速喷管及配气操纵台给定来流，得到超燃冲压发动机隔离段通流状态下各个压力测点的稳态数据，将隔离段沿程压力分布中波峰位置的邻域划定为隔离段内激波‑附面层干扰区域，通过燃油供给系统调节发动机当量比，改变隔离段出口不同的反压，直至压力测点信号出现周期性波动。本发明能够有效地利用激波串的不稳定运动，在没有增加额外装置以及总压损失的条件下利用激波串自身振荡特性产生的纵向不稳定流动，将燃料与发动机内主流进行掺混，采用本发明能在短距离内提升超燃冲压机燃料与空气的掺混效果，提高燃烧室的效率，提升发动机的工作性能。

Description

激波串不稳定运动提升超燃冲压发动机燃料掺混的方法
技术领域
本发明涉及高超声速推进领域，尤其是一种超燃冲压发动机燃料掺混方法。
背景技术
超燃冲压发动机依靠自身进气道产生的激波进行来流的压缩，无需旋转机械装置，具有比冲高、结构简单、速度快等特点，因此超燃冲压发动机是实现高超声速飞行的首选动力系统，被广泛应用与高超声速飞机、高超声速巡航导弹等领域。
对于超燃冲压发动机而言，气流在燃烧室内的停驻时间是毫秒量级。在这极短的时间内需要完成燃料与主流间的掺混以及燃烧。倘若不能实现较好的掺混，燃料未被充分组织燃烧，推力严重下降，对推进系统的性能造成严重影响。因此燃料的充分掺混是超燃冲压发动机燃烧室高效工作的前提，如何增强燃料的掺混效果对超燃冲压发动机性能的提升是非常重要的。
当前超燃冲压发动机燃烧室内的燃料掺混布局主要分为两种：一是利用高压源将燃料从壁面以较高速度喷注如燃烧室内，通过这种高速的喷射将燃料与燃烧室内的主流进行掺混，但其造成的总压损失较大；另一种是在燃烧室通道中心位置安置支板，在通道内形成流向涡实现燃料与空气的掺混，但流向涡的发展就要较长距离，同时中心支板会增加一定的阻力。为此设计一种掺混效率高且无附加总压损失的燃料掺混方法对超燃冲压发动机性能进一步的提升具有重要意义。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种激波串不稳定运动提升超燃冲压发动机燃料掺混的方法。本发明的目的是为了解决超燃冲压发动机内燃料掺混不充分问题，为了在不增加额外装置的情况下，利用激波串本身的大幅不稳定运动提高超燃冲压发动机内燃料的掺混效果、提高发动机性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
步骤一：根据超燃冲压发动机工作马赫数和飞行高度，查询标准大气参数表获得发动机工作气流静压、静温，并以该马赫数及气流静压、静温作为来流条件对超燃冲压发动机进行地面风洞试验；
步骤二：在风洞试验中，通过超声速喷管及配气操纵台给定步骤一确定的来流马赫数及气流静压、静温，当来流静压恒定后，得到超燃冲压发动机隔离段通流状态下各个压力测点的稳态数据pξ，0，其中ξ为压力测点位置；
步骤三：将隔离段沿程压力分布中波峰位置的邻域[Xξ-l，Xξ+l]划定为隔离段内激波-附面层干扰区域，其中l为小于隔离段高度的常数；
步骤四：通过燃油供给系统调节发动机当量比改变隔离段出口不同的反压，当反压增加时激波串随之向上游移动；通过压力传感器检测每个采样时刻各个测点压力信号pξ，kΔt，其中ξ为压力测点位置，kΔt为采样时刻，压力信号大于等于1.2倍的稳态压力数据pξ，0时，认为激波串移动至该测点,并认定最上游检测到压升的测点为当前采样时刻激波串的位置；
步骤五：利用步骤四中的当前采样时刻激波串的位置，通过燃油供给系统调节燃油当量比，进而使得隔离段出口背压变化并将激波串置于激波-附面层干扰区域，当激波-附面层干扰区域内压力测点信号出现周期性波动，保持当前当量比不变；
步骤六：改变步骤一获得的马赫数及气流静压、静温，进行多次地面风洞试验，若激波-附面层干扰区域内压力测点信号未出现周期性波动，则返回步骤三改变确定参数l，直至出现周期性波动。
本发明的有益效果在于利用了隔离段内激波-附面层干扰对激波串运动的影响，能够有效地利用激波串的不稳定运动，在没有增加额外装置以及总压损失的条件下利用激波串自身振荡特性产生的纵向不稳定流动，将燃料与发动机内主流进行掺混。采用本发明能在短距离内提升超燃冲压机燃料与空气的掺混效果，提高燃烧室的效率，提升发动机的工作性能。
附图说明
图1是利用激波串不稳定运动的超燃冲压发动机燃料掺混方法的设计流程图。
图2是当激波串位于激波-附面层干扰区域外时其内部流动的动力学模态。
图3是当激波串位于激波-附面层干扰区域内时其内部流动的动力学模态。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
按照图1给出的利用激波串不稳定运动的超燃冲压发动机燃料掺混方法的设计流程图，当激波串位于激波-附面层干扰区域外时图2给出了其内部流动的动力学模态，并没有明显的纵向不稳定流动，激波串位于激波-附面层干扰区域内时图3显示其内部流动具有明显的纵向不稳定流动，该方法可使激波串内部形成纵向不稳定流动，进而可增强燃料与空气的掺混效果。
本实施方式的方法步骤为：
步骤一：根据超燃冲压发动机工作马赫数和飞行高度，查询标准大气参数表获得发动机工作气流静压、静温，并以该马赫数及气流静压、静温作为来流条件对超燃冲压发动机进行地面风洞试验；
步骤二：在风洞试验中，通过超声速喷管及配气操纵台给定步骤一确定的来流马赫数及气流静压、静温，当来流静压恒定后，得到超燃冲压发动机隔离段通流状态下各个压力测点的稳态数据pξ，0，其中ξ为压力测点位置；
步骤三：将隔离段沿程压力分布中波峰位置的邻域[Xξ-l，Xξ+l]划定为隔离段内激波-附面层干扰区域，其中l为小于隔离段高度的常数；
步骤四：通过燃油供给系统调节发动机当量比改变隔离段出口不同的反压，当反压增加时激波串随之向上游移动；通过压力传感器检测每个采样时刻各个测点压力信号pξ，kΔt，其中ξ为压力测点位置，kΔt为采样时刻，压力信号大于等于1.2倍的稳态压力数据pξ，0时，认为激波串移动至该测点,并认定最上游检测到压升的测点为当前采样时刻激波串的位置；
步骤五：利用步骤四中的当前采样时刻激波串的位置，通过燃油供给系统调节燃油当量比，进而使得隔离段出口背压变化并将激波串置于激波-附面层干扰区域，当激波-附面层干扰区域内压力测点信号出现周期性波动，保持当前当量比不变；
步骤六：改变步骤一获得的马赫数及气流静压、静温，进行多次地面风洞试验，若激波-附面层干扰区域内压力测点信号未出现周期性波动，则返回步骤三改变确定参数l，直至出现周期性波动。

Claims (1)

1.一种激波串不稳定运动提升超燃冲压发动机燃料掺混的方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤一：根据超燃冲压发动机工作马赫数和飞行高度，查询标准大气参数表获得发动机工作气流静压、静温，并以该马赫数及气流静压、静温作为来流条件对超燃冲压发动机进行地面风洞试验；
步骤二：在风洞试验中，通过超声速喷管及配气操纵台给定步骤一确定的来流马赫数及气流静压、静温，当来流静压恒定后，得到超燃冲压发动机隔离段通流状态下各个压力测点的稳态数据pξ，0，其中ξ为压力测点位置；
步骤三：将隔离段沿程压力分布中波峰位置的邻域[Xξ-l，Xξ+l]划定为隔离段内激波-附面层干扰区域，其中l为小于隔离段高度的常数；
步骤四：通过燃油供给系统调节发动机当量比改变隔离段出口不同的反压，当反压增加时激波串随之向上游移动；通过压力传感器检测每个采样时刻各个测点压力信号pξ，kΔt，其中ξ为压力测点位置，kΔt为采样时刻，压力信号大于等于1.2倍的稳态压力数据pξ，0时，认为激波串移动至该测点,并认定最上游检测到压升的测点为当前采样时刻激波串的位置；
步骤五：利用步骤四中的当前采样时刻激波串的位置，通过燃油供给系统调节燃油当量比，进而使得隔离段出口背压变化并将激波串置于激波-附面层干扰区域，当激波-附面层干扰区域内压力测点信号出现周期性波动，保持当前当量比不变；
步骤六：改变步骤一获得的马赫数及气流静压、静温，进行多次地面风洞试验，若激波-附面层干扰区域内压力测点信号未出现周期性波动，则返回步骤三改变确定参数l，直至出现周期性波动。
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