超声速燃烧不稳定的尺度效应分析

刘铭江，赵国焱，孙明波，汤 涛，李 亮，汪洪波

(国防科技大学空天科学学院高超声速冲压发动机技术重点实验室，长沙 410073)

目前，发展具有实用意义的高超声速飞行器逐渐成为各大国的迫切需求.在传统大气层内飞行器飞行马赫数受限的情况下，能够克服飞行马赫数上限的超燃冲压发动机被认为是最为理想的大气层内高超声速飞行的动力装置[1].

传统的亚燃冲压发动机在高速飞行时，来流增压减速为亚声速，气流静温急剧升高，对燃烧室材料的耐温性能要求也迅速升高，同时高静温使得燃料发生热分解，吸收热能，降低能量释放效率.超燃冲压发动机在超声速气流中组织燃烧，发动机热力循环在较低的静压和静温下进行，在理论上解决了实现高马赫数飞行可能性的问题.但与此同时也带来了新的问题例如，王振国等[2]指出超声速燃烧相比于普通燃烧具有以下3 个特点：来流速度快、燃料驻留时间短；燃烧与流动强耦合；燃烧过程熵增较大.因此，实现超燃冲压发动机内超声速气流的高效稳定燃烧成为了需要突破的技术难点.

针对超声速气流中燃烧难以稳定的问题，各种火焰稳定器应运而生.其中，凹腔火焰稳定器得到了非常广泛的应用[3]，之后又被大量试验证明其配合横向射流喷注是稳定火焰的一项有效手段[4-5].

理论上通常认为超声速气流流经凹腔时，凹腔中会形成低速回流区，由于回流区流速较低，火焰能够持……