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雅宝题库解析:
气-气喷注器是全流量补燃循环发动机的关键部件,与传统液体火箭发动机当中的气-液喷注器相比,气气推进剂在燃烧室中没有雾化和蒸发过程,两者呈现怎样不同的燃烧特性有待深入研究。目前开展气-气喷注器技术研究,主要采用氢/氧推进剂组合,鉴于甲烷替代氢作为全流量补燃循环发动机的燃料具有更大的优势,有必要开展气氧/甲烷气-气喷注器技术研究。密闭高压燃烧室设计限制了对气气燃烧流场的观察,开展气气燃烧流动显示试验研究,对直观的观察气气燃烧流场火焰结构、深入理解气气燃烧机理和验证数值仿真模型具有重要意义。本文针对上述三部分主要内容开展了数值仿真和试验研究。在同一燃烧室、相同的设计流量、混合比和设计室压下开展了喷注器设计参数对氢/氧气气燃烧与气液燃烧特性影响的对比仿真和试验研究,明确了不同喷注器设计参数对气气燃烧与气液燃烧性能和燃烧室热载影响的区别和联系。结果表明由于气气燃烧机理与气液燃烧机理存在较大差异,气气燃烧与气液燃烧之间的规律不尽相同,针对应用于全流量补燃循环发动机中的气-气喷注器技术需要进行深入研究;氢/氧气气燃烧和气液燃烧对燃烧室壁面产生的热载相当;设计参数合适的情况下,气气燃烧和气液燃烧均能在800mm的燃烧室特征长度内达到较高的特征速度效率。针对气氧喷注压降比、燃/氧动量比、氧喷嘴出口端面壁厚等喷注器设计参数对气氧/甲烷推进剂燃烧性能和燃烧室热载的影响开展了数值仿真和试验研究,明确了各设计参数的影响规律和影响趋势;对比分析了不同喷注器设计参数对气氧/甲烷推进剂和气氢/气氧推进剂燃烧性能和燃烧室热载影响的区别和联系。结果表明各喷注器设计参数对两类推进剂组合的燃烧特性和燃烧室热载的影响规律是一致的,可将氢/氧气-气喷注器已有的研究结果应用于指导气氧/甲烷气-气喷注器的设计;在喷注器设计参数相似的情况下,气氧/甲烷所需燃烧室特征长度为氢/氧燃烧室特征长度的1.5倍左右;气氧/甲烷燃烧室壁面热载约为氢/氧燃烧室壁面热载的一半;气氧/甲烷气-气喷注器尺寸与氢/氧气-气喷注器尺寸基本一致,对发动机头部喷注器排布的影响不大。为进一步深入了解气气燃烧机理,在带有石英玻璃观察窗的透明燃烧室中针对喷注器不同设计参数以及不同喷注器结构形式对燃烧流场火焰结构的影响进行了显示试验研究。结合高速摄影结果和燃烧室压力频谱分析结果对同轴剪切喷注器低氧压降比设计值下出现的气气燃烧流场不稳定性进行了理论分析,并探讨了抑制气气燃烧流场不稳定性的方法。开展了稳态和非稳态气气燃烧流场相似性研究,并利用燃烧流场的光学测量结果对论文所采用的气气燃烧仿真模型进行了验证。 |
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