燃烧室可变几何RBCC动态特性研究与运动机构设计

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几何可调火箭基组合循环(Rocket Based Combined Cycle,RBCC)发动机通过改变流道形状实现大空域宽速度包线内保持较优性能,其中燃烧室几何可调的RBCC发动机可根据工作模态变化调节燃烧室结构,是优化燃烧过程、提高发动机性能的有效手段之一。亚燃模态下根据燃烧室内加热比调节扩张角度,通过几何喉道保证燃烧室内维持较高压力,促进二次燃料的高效燃烧并实现内能向动能的转化,从而提高燃烧室性能;超燃模态下转变为纯扩张构型,在燃烧室内组织超声速燃烧,获得较高的燃烧效率。开展燃烧室变几何RBCC可行性研究,探索变几何燃烧室结构形式、研究变几何燃烧室结构调节过程中发动机气动热力过程特征,确定变几何调节规律是RBCC应用研究的重要内容。  本文针对燃烧室可变几何的RBCC发动机,采用一维分析、二维和三维动网格数值模拟研究手段,开展燃烧室结构调节动态过程的研究,按照Ma2~7的变化范围设计和分析了变几何燃烧室运动调节机构,最后设计了双位置电液伺服控制系统总体方案。论文的主要内容和结论如下:  (1)基于一维分析方法获得了带几何喉道燃烧室结构调节过程流动参数的初步变化规律。  (2)基于动网格数值模拟方法,采用动态评估指标分析了结构阶跃调节过程,喉道减小的阶跃调节造成发动机出口流量增大、减小、再增大恢复至初始值,扰动传至隔离段激波处所需时间为3ms左右,整个过程达到稳定时间为15ms左右。  (3)采用动网格方法对结构以不同速度连续调节过程进行了数值模拟,匀速调节时燃烧室压力呈线性变化,压力线性变化率与调节速度成比例关系,较大的调节速度获得更快的隔离段激波响应。  (4)基于全流道一体化的数值模拟,分析了结构连续调节过程,以总体性能较优为目标初步获得Ma4~7范围内的构型转变点为Ma4.5和Ma6,通过改变燃油喷注策略和来流攻角,展现了结构调节对隔离段激波的组织能力。  (5)基于变几何发动机结构变化范围和气动负载大小,进行了调节运动机构设计,采用Adams平台进行了机构运动学和动力学分析。最后设计了运动机构双位置电液伺服控制系统总体方案。
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