固体燃料冲压发动机自持燃烧的影响因素

巩伦昆,陈雄*,李唯暄,杨海涛,周长省

南京理工大学 机械工程学院,南京 210094

固体燃料冲压发动机自持燃烧的影响因素

巩伦昆,陈雄*,李唯暄,杨海涛,周长省

南京理工大学 机械工程学院,南京 210094

采用试验和仿真方法,研究了固体燃料冲压发动机(SFRJ)自持燃烧的主要影响因素。研究结果表明:SFRJ内为典型的扩散火焰,化学反应特征时间与反应物停留特征时间的比值是影响发动机自持燃烧的关键参数,该值越小,扩散火焰越稳定;本文研究工况下,较小的后台阶高度即可保证发动机实现自持燃烧,后台阶稳定火焰的物理原因是在固体燃料表面附近形成一个低速区,保证了固体燃料的分解燃烧,当台阶高度为0时,由于化学反应特征时间与反应物停留特征时间的比值迅速增加,SFRJ无法自持燃烧;台阶高度较小时,点火过程会对SFRJ的稳定燃烧产生影响,SFRJ可能会出现熄火复燃现象。

冲压发动机;固体燃料;自持燃烧;后台阶;直连式试验;数值仿真

固体燃料冲压发动机(Solid Fuel Ramjet,SFRJ)结构简单、比冲高,在超声速导弹或者增程炮弹中有着较大的应用潜力。但是,SFRJ存在一些不足,阻碍了其在实际工程中的应用。SFRJ对飞行速度、高度等飞行状态比较敏感[1],工作性能在不同飞行状态下的变化较大。在20世纪90年代,国外针对该问题进行了大量的探索研究。Elands等[2]对聚乙烯(Polyethylene,PE)的燃烧性能进行了理论与试验研究;Ferreira等[3]研究了PE在不同结构发动机中的燃烧性能;Zvuloni等[4]研究了小尺寸SFRJ的燃烧性能。而国内在20世纪末开始进行探索研究。……