CN113008562B - 一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法 - Google Patents

一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113008562B
CN113008562B CN202110201553.3A CN202110201553A CN113008562B CN 113008562 B CN113008562 B CN 113008562B CN 202110201553 A CN202110201553 A CN 202110201553A CN 113008562 B CN113008562 B CN 113008562B
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow field
combustion chamber
rotary
combustion
rotary detonation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110201553.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113008562A (zh
Inventor
刘彧
肖保国
王超
蔡建华
郑榆山
李夏菲
陈伟强
白菡尘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Aerospace Technology of China Aerodynamics Research and Development Center
Original Assignee
Institute of Aerospace Technology of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Aerospace Technology of China Aerodynamics Research and Development Center filed Critical Institute of Aerospace Technology of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority to CN202110201553.3A priority Critical patent/CN113008562B/zh
Publication of CN113008562A publication Critical patent/CN113008562A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113008562B publication Critical patent/CN113008562B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

本发明公开了一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法，涉及冲压发动机技术领域，其技术方案要点是：主要步骤为：首先，在数值模拟中先通过定常模拟快速得到收敛的缓燃流场，为燃烧室的上游提供高反压条件，然后在点火延迟区中起爆旋转爆震波并使其快速达到周期性稳定传播状态；然后根据上述步骤，在试验和真实飞行中，先在发动机中点火并组织相对较易实现的缓燃燃烧，为燃烧室上游提供高反压条件，通过切向热射流的方法起爆旋转爆震波，并使其沿燃烧室的圆周方向进行稳定传播。本方法能够更快获得旋转爆震周期性稳定传播的流场，显著减少计算机时，且较直接从冷流流场中起爆更易起爆旋转爆震波并维持其稳定传播。

Description

一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法
技术领域
本发明涉及冲压发动机技术领域，更具体地说，它涉及一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法。
背景技术
旋转爆震是一种在环形或圆截面燃烧室中沿燃烧室圆周方向传播，不断消耗新鲜可燃气并维持自身传播的一种燃烧模式。在冲压发动机中采用旋转爆震燃烧相比于常规的缓燃燃烧具有潜在的性能优势，也是目前国内外的研究热点。然而，由于冲压发动机中气流速度很快，这给旋转爆震的起爆和稳定传播带来较大挑战。这主要表现在以下方面：一是高速气流中燃料与空气混合较慢，不利于旋转爆震的起爆和稳定传播；二是即使燃料与空气混合充分，如果气流速度过快，旋转爆震在流向的传播分速度有限，难以抵御气流速度从而被吹熄。以上两方面在燃烧室尚未起爆旋转爆震的冷流状态下表现得尤为严重。
在旋转爆震冲压发动机研究方面，目前普遍采用数值模拟和试验研究相结合的方法。无论在数值模拟还是试验中，目前已有的旋转爆震起爆方案是通过在喷入燃料的冷流流场中引入局部高温、高压、高速区(例如借助切向热射流)实现起爆。但这样做往往需要首先在燃烧室下游人为施加高反压，使得燃烧室上游的隔离段中出现激波串，这些激波串使来流减速增压，从而促进了燃料混合以及旋转爆震的起爆和稳定传播。这一做法存在的问题是：一方面在非定常数值模拟中旋转爆震从冷流流场(即不包含化学反应计算的流场)起爆到形成周期性稳定传播流场所需的物理时间较长，从而花费的计算机时也较长；另一方面在试验中人为提供高反压环境需要额外的设备及措施，且在真实的冲压发动机飞行环境中更加难以预先提供这样的高反压环境。
因此，针对以上问题，本发明提出一种用于冲压发动机的旋转爆震起爆并快速形成周期性稳定传播流场的方法，以解决上述问题，并将其应用于数值模拟研究中或试验及实际飞行中。
发明内容
本发明的目的是提供一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法，本方法能够解决现有技术中在非定常数值模拟中旋转爆震从冷流流场起爆到形成周期性稳定传播流场所需的物理时间较长，花费的计算机时也较长，以及在真实的冲压发动机飞行环境中难以预先提供高反压环境的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法，首先在冲压发动机中建立收敛的缓燃燃烧流场，然后在该流场的点火延迟区起爆旋转爆震波，具体包括以下步骤：
S1、在数值模拟中，通过定常模拟在冷流流场中给定高温点火区，实现流场中的缓燃燃烧，并快速得到收敛流场，在得到收敛流场后，通过燃烧反压使隔离段中出现激波串，用于对来流进行减速增压，使来流进入燃烧室后，与燃烧室入口喷出的燃料进行混合，其中，由燃料喷注位置至燃烧室下游燃烧起始位置之间的一段未发生燃烧的区域为点火延迟区；
S2、在步骤S1中所述的点火延迟区中给定起爆点，并将定常模拟切换到非定常模拟继续计算，实现旋转爆震的起爆，且旋转爆震沿燃烧室的圆周方向传播，不断消耗燃烧室内的可燃混合气体；其中，在旋转爆震经过圆周方向的其中一位置并远离后，补充进新鲜的可燃混合气于所述位置，通过往复形成周期性稳定传播的旋转爆震流场；
S3、根据步骤S1和步骤S2，在试验和真实飞行中，首先在冲压发动机的燃烧室中以常规点火方法获得缓燃流场，利用燃烧反压使隔离段中形成激波串，对来流进行减速、增压和增温，然后在燃料喷注位置下游的点火延迟区中通过切向热射流的方法起爆旋转爆震波，并使其沿燃烧室的圆周方向进行稳定传播。
进一步地，步骤S2中所述的起爆点具有高温、高压和沿圆周方向高速运动的条件。
综上所述，本发明具有以下有益效果：本方法采用数值模拟与试验及真实飞行结合的方法，在数值模拟中先通过定常模拟快速得到收敛的缓燃流场，为燃烧室上游提供高反压条件，然后在点火延迟区中起爆旋转爆震波并使其快速达到周期性稳定传播状态，并根据数值模拟计算，在试验和真实飞行中，先在发动机中点火并组织易实现的缓燃燃烧，为燃烧室上游提供高反压条件，然后在点火延迟区中起爆旋转爆震波，使其沿燃烧室的圆周方向进行稳定传播，能够更快获得旋转爆震周期性稳定传播的流场，显著减少计算机时，且较直接从冷流流场中起爆更易起爆旋转爆震波并维持其稳定传播。
附图说明
图1是本发明实施例中的流程图；
图2是本发明实施例中在收敛的缓燃流场点火延迟区中起爆旋转爆震波的示意图；
图3是本发明实施例中燃烧室形成周期性稳定传播的旋转爆震流场的示意图。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本发明作进一步详细说明。
实施例：一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法，如图1、图2和图3所示，首先在冲压发动机中建立收敛的缓燃燃烧流场，然后在该流场的点火延迟区起爆旋转爆震波，具体包括以下步骤：
S1、在数值模拟中，通过定常模拟在冷流流场中给定高温点火区，实现流场中的缓燃燃烧，并快速得到收敛流场，在得到收敛流场后，通过燃烧反压使隔离段中出现激波串，用于对来流进行减速增压，使来流进入燃烧室后，与燃烧室入口喷出的燃料进行混合，其中，由燃料喷注位置至燃烧室下游燃烧起始位置之间的一段未发生燃烧的区域为点火延迟区(如图2所示)。
S2、在步骤S1中的点火延迟区(如图2所示)中给定起爆点，并将定常模拟切换到非定常模拟继续计算，实现旋转爆震的起爆，且旋转爆震沿燃烧室的圆周方向传播，不断消耗燃烧室内的可燃混合气体。其中，在旋转爆震经过圆周方向的其中一位置并远离后，补充进新鲜的可燃混合气于位置，通过往复形成周期性稳定传播的旋转爆震流场(如图3所示)。
S3、根据步骤S1和步骤S2，在试验和真实飞行中，首先在冲压发动机的燃烧室中以常规点火方法获得缓燃流场，利用燃烧反压使隔离段中形成激波串，对来流进行减速、增压和增温，然后在燃料喷注位置下游的点火延迟区(如图2所示)中通过切向热射流的方法起爆旋转爆震波，并使其沿燃烧室的圆周方向进行稳定传播。
其中，步骤S2中的起爆点具有高温、高压和沿圆周方向高速运动的条件。
在本发明的上述实施例中，本发明采用数值模拟与试验及真实飞行结合的方法，在数值模拟中先通过定常模拟快速得到收敛的缓燃流场，为燃烧室上游提供高反压条件，然后在点火延迟区中起爆旋转爆震波并使其快速达到周期性稳定传播状态，并根据数值模拟计算，在试验和真实飞行中，先在发动机中点火并组织易实现的缓燃燃烧，为燃烧室上游提供高反压条件，然后在点火延迟区中起爆旋转爆震波，使其沿燃烧室的圆周方向进行稳定传播，能够更快获得旋转爆震周期性稳定传播的流场，显著减少计算机时，且较直接从冷流流场中起爆更易起爆旋转爆震波并维持其稳定传播。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (2)

1.一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法，其特征是：首先在冲压发动机中建立收敛的缓燃燃烧流场，然后在该流场的点火延迟区起爆旋转爆震波，具体包括以下步骤：
S1、在数值模拟中，通过定常模拟在冷流流场中给定高温点火区，实现流场中的缓燃燃烧，并快速得到收敛流场，在得到收敛流场后，通过燃烧反压使隔离段中出现激波串，用于对来流进行减速增压，使来流进入燃烧室后，与燃烧室入口喷出的燃料进行混合，其中，由燃料喷注位置至燃烧室下游燃烧起始位置之间的一段未发生燃烧的区域为点火延迟区；
S2、在步骤S1中所述的点火延迟区中给定起爆点，并将定常模拟切换到非定常模拟继续计算，实现旋转爆震的起爆，且旋转爆震沿燃烧室的圆周方向传播，不断消耗燃烧室内的可燃混合气体；其中，在旋转爆震经过圆周方向的其中一位置并远离后，补充进新鲜的可燃混合气于所述位置，通过往复形成周期性稳定传播的旋转爆震流场；
S3、根据步骤S1和步骤S2，在试验和真实飞行中，首先在冲压发动机的燃烧室中以常规点火方法获得缓燃流场，利用燃烧反压使隔离段中形成激波串，对来流进行减速、增压和增温，然后在燃料喷注位置下游的点火延迟区中通过切向热射流的方法起爆旋转爆震波，并使其沿燃烧室的圆周方向进行稳定传播。
2.根据权利要求1所述的一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法，其特征是：步骤S2中所述的起爆点具有高温、高压和沿圆周方向高速运动的条件。
CN202110201553.3A 2021-02-23 2021-02-23 一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法 Active CN113008562B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110201553.3A CN113008562B (zh) 2021-02-23 2021-02-23 一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110201553.3A CN113008562B (zh) 2021-02-23 2021-02-23 一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113008562A CN113008562A (zh) 2021-06-22
CN113008562B true CN113008562B (zh) 2023-04-25

Family

ID=76407632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110201553.3A Active CN113008562B (zh) 2021-02-23 2021-02-23 一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113008562B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114923695B (zh) * 2022-07-18 2022-10-28 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 超燃冲压发动机燃烧不稳定性智能检测方法及系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102278923A (zh) * 2011-08-09 2011-12-14 南京理工大学 一种凝聚态含能材料的体积爆轰装置及方法
CN104154567A (zh) * 2014-08-06 2014-11-19 西安热工研究院有限公司 一种旋转爆震燃烧室
CN104153884A (zh) * 2014-08-06 2014-11-19 西安热工研究院有限公司 一种旋转爆震燃气轮机
CN106352372A (zh) * 2016-10-11 2017-01-25 中国人民解放军国防科学技术大学 一种超声速爆震燃烧室及其起爆与自持控制方法
FR3051508A1 (fr) * 2016-05-23 2017-11-24 Safran Chambre de combustion annulaire a onde de detonation continue
CN110131071A (zh) * 2019-05-04 2019-08-16 西北工业大学 一种脉冲爆震发动机燃烧室及其起爆方法
CN110516310A (zh) * 2019-07-31 2019-11-29 中国空气动力研究与发展中心 旋转爆震反压的非定常数值模拟方法
CN111520761A (zh) * 2020-04-22 2020-08-11 中国空气动力研究与发展中心 一种可实现隔离段流场结构观测的旋转爆震燃烧室
CN111828175A (zh) * 2020-06-13 2020-10-27 中国人民解放军空军工程大学 一种预燃加热装置及使用该装置的旋转爆震发动机
CN112081685A (zh) * 2020-08-12 2020-12-15 南京理工大学 一种基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102278923A (zh) * 2011-08-09 2011-12-14 南京理工大学 一种凝聚态含能材料的体积爆轰装置及方法
CN104154567A (zh) * 2014-08-06 2014-11-19 西安热工研究院有限公司 一种旋转爆震燃烧室
CN104153884A (zh) * 2014-08-06 2014-11-19 西安热工研究院有限公司 一种旋转爆震燃气轮机
FR3051508A1 (fr) * 2016-05-23 2017-11-24 Safran Chambre de combustion annulaire a onde de detonation continue
CN106352372A (zh) * 2016-10-11 2017-01-25 中国人民解放军国防科学技术大学 一种超声速爆震燃烧室及其起爆与自持控制方法
CN110131071A (zh) * 2019-05-04 2019-08-16 西北工业大学 一种脉冲爆震发动机燃烧室及其起爆方法
CN110516310A (zh) * 2019-07-31 2019-11-29 中国空气动力研究与发展中心 旋转爆震反压的非定常数值模拟方法
CN111520761A (zh) * 2020-04-22 2020-08-11 中国空气动力研究与发展中心 一种可实现隔离段流场结构观测的旋转爆震燃烧室
CN111828175A (zh) * 2020-06-13 2020-10-27 中国人民解放军空军工程大学 一种预燃加热装置及使用该装置的旋转爆震发动机
CN112081685A (zh) * 2020-08-12 2020-12-15 南京理工大学 一种基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘世杰 等.连续旋转爆震冲压发动机直连式试验.《第十六届全国激波与激波管学术会议论文集》.2014,477-481. *
王治武 等.两点火源顺序点火起爆爆震波的数值研究.《推进技术》.2014,第35卷(第10期),1434-1440. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113008562A (zh) 2021-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9745921B2 (en) Process for operating a dual-mode combustor
CN106352372B (zh) 一种超声速爆震燃烧室及其起爆与自持控制方法
Li et al. Investigation on ignition enhancement mechanism in a scramjet combustor with dual cavity
CN113137634B (zh) 一种变结构双模态冲压燃烧室
CN108488004B (zh) 一种基于可变斜楔角的驻定爆震发动机
CN101975122B (zh) 带有磁流体能量旁路系统的驻定爆震发动机
CN102374071A (zh) 一种圆形结构的中心火箭式双模态冲压发动机
WO2004081452A3 (en) Expander cycle rocket engine with staged combustion and heat exchange
CN108869095B (zh) 一种超声速爆震稳定自持的边界抽吸控制方法
CN109026441B (zh) 激波诱燃冲压发动机以及激波诱燃冲压发动方法
CN113008562B (zh) 一种冲压发动机旋转爆震起爆并快速形成周期流场的方法
Xue et al. Experimental study on combustion modes of a liquid kerosene fueled RBCC combustor
Zheng et al. Experimental research on the propagation process of continuous rotating detonation wave
CN109322761B (zh) 高马赫数飞行中发动机环形燃烧室及螺旋斜爆震燃烧方法
Bao et al. Flame kernel evolution and shock wave propagation with laser ignition in ethanol-air mixtures
Wang et al. Research on the operating boundary of the dual mode scramjet with a constant area combustor through thermodynamic cycle analysis
Zhao et al. Experimental investigation of combustion mode transitions on solid rocket scramjet combustor
Tomioka et al. Performance of a rocket-ramjet combined-cycle engine model in ejector mode operation
Xu et al. Propagation behaviors of kerosene-fueled rotating detonation wave with varied atomizer locations
RU2620736C1 (ru) Способ организации рабочего процесса в турбореактивном двигателе с непрерывно-детонационной камерой сгорания и устройство для его осуществления
CN113122793A (zh) 一种爆炸喷涂装置
Jianping et al. Investigation on low total temperature combustion characteristics of kerosene-fueled supersonic combustor
Yang et al. Influence of the multicavity shape on the solid scramjet
KR101863445B1 (ko) 이중 모드 램 제트 엔진
Beach Jr Supersonic combustion status and issues

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant