气氧煤油发动机燃烧数值仿真及实验研究

【作者】 赵志新； 杨甲甲； 魏祥庚； 李玲玉； 左有幸； 卞香港；

【机构】 西北工业大学燃烧、热结构与内流场重点实验室；

【摘要】 随着对RBCC发动机研究的深入,需要引射火箭具有小流量大室压的工作状态以及长时间稳定工作的能力,因此高效燃烧的喷注器设计和稳定可靠的热防护技术是提升引射火箭性能的关键。因此,本文以小流量大室压气氧煤油液体火箭发动机为研究对象,利用商业软件FLUENT进行燃烧数值模拟,并在此基础上进行发动机的热试实验,研究了发动机的燃烧性能。通过采用数值模拟对不同的煤油喷注角度和煤油喷嘴分布直径进行了燃烧性能仿真研究,结果表明煤油喷注角度0°、煤油喷嘴分布直径22mm、燃烧室直径40mm时燃烧效率较高。在此基础上设计出被动冷却推力室,即采用10mm厚的高硅氧酚醛材料做绝热内衬,通过搭建流量可调的挤压式供应系统,进行了推力室在三个工况下的热试试验。结果表明煤油直流喷嘴在低工况下,即当喷注压降仅为0.1MPa时发动机仍能正常稳定工作,只是在偏离设计点时雾化效果较差,燃烧效率较低。随着煤油喷注压降比由0.06增加到0.57,煤油直流喷嘴雾化效果增强,燃烧室的燃烧状况得到改善,燃烧效率由77.1%增加到83.0%。各工况下发动机工作稳定,验证了发动机设计的可靠性。同时试验也验证了被动冷却推力室采用火花塞点火方案能够可靠点火、室压平稳,头部和身部结构设计可以满足引射火箭短时间工作的需求,为后续进行更高工况下的试验验证奠定了基础。更多还原