【摘 要】
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大尺度发动机是空天组合动力未来发展的必然需求,宽速域、大空域、高性能是必然的发展目标,但由于尺度增加,给内流匹配、燃烧组织、释热控制与性能调控等方面带来诸多技术挑战。本文针对大尺度火箭基组合循环发动机开展了宽速域多模态的全流道设计与分析,采用一级支板火箭和二级壁面火箭改善燃烧组织性能,探究释热分布对整机推力性能的影响。具体的研究工作主要分为准一维建模和三维数值仿真两个部分,主要研究内容如下:(1)
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大尺度发动机是空天组合动力未来发展的必然需求,宽速域、大空域、高性能是必然的发展目标,但由于尺度增加,给内流匹配、燃烧组织、释热控制与性能调控等方面带来诸多技术挑战。本文针对大尺度火箭基组合循环发动机开展了宽速域多模态的全流道设计与分析,采用一级支板火箭和二级壁面火箭改善燃烧组织性能,探究释热分布对整机推力性能的影响。具体的研究工作主要分为准一维建模和三维数值仿真两个部分,主要研究内容如下:(1)国内外相关研究现状的综述和总结。针对火箭基组合循环发动机研究概况、大尺度发动机的燃烧组织、多模态性能调控、尺度效应和一体化性能建模方面进行了调研。总结了大尺度发动机设计与分析过程中的难点,提出应从一维分析、简化研究模型和尺度效应三个方面由浅入深地研究。(2)火箭基组合循环发动机发动机参数化设计建模和准一维分析程序的构建。完成对火箭基组合循环发动机各部件的参数化定义,以Ma6为设计点并对进气道进行了附面层修正,分析Ma2.2-6来流条件下进气道变几何的性能影响规律,出口参数与火箭冲压燃烧室和变几何尾喷管等部件组合,实现整机推力性能的输出。(3)对燃烧室出口段多模态性能的数值模拟。基于一维分析模型中获得的几何参数,构建火箭基组合循环发动机的整机三维模型,对燃烧室出口段展开数值计算,分别分析Ma2、Ma6和Ma10下壁面斜切火箭构型的影响。(4)大尺度火箭基组合循环发动机全流道在多模态下的仿真研究。确定一、二级火箭的几何构型和空间布局,选定燃烧室和斜切喷管几何构型,展开整机的仿真。对整机的仿真考虑用户自定义函数源项释热和燃烧两种计算方式,展开了Ma2、Ma4、Ma6和Ma10模态下火箭流量组合和释热规律的影响研究。
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