随后国外对脉动喷气发动机开展了大量的理论研究和实验工作。Bruce Simpson在其论文里详细介绍了其设计并制造的一种无阀式脉动发动机。M.Bovo对脉动喷气发动机燃烧的机理进行了大涡模拟[11]。Joseph Kalyan对无阀式脉动喷气发动机的内流场进行了数值模拟和实验研究,将脉冲开始时间提前0.05s,这样大大简化了计算时间。Tao Geng对脉动发动机的工作过程进行了数值计算[12]。McCally研究了煤油、军用JP-8等中液体燃料对脉动发动机的影响。利用以汽油工作的BMS商用业余性脉动发动机验证了数据采集系统和使用液体煤油燃料的可能性。设计了推力可达11.33kg,以煤油工作的有阀式发动机。他还设计了25cm无阀式脉动发动机(图1.4),测试了丙烷、汽油、煤油,以确定将该发动机应用于军用无人机的可行性[10]。
国内较早开发这项研究的有北京航空航天大学和同济大学,北航于1985年开始研究,在开发燃煤脉冲燃烧器方面进行了探索;同济从1987年开始研究,并进行了燃气脉冲燃烧热水器和暖风机的开发[13]。刘相东等对自行研制的Helmholtz型膜片阀式脉动燃烧器的稳定性进行了研究,分析了影响脉动燃烧器点火稳定性的因素,并提出了提高点火稳定性的措施[14]。陈刚在他的论文中针对某型无阀脉动喷气发动机进行了地面静止试车试验,测量了发动机推力和压力数据,并对试验数据进行分析处理,并结合发动机燃烧室压力数据,分析了该型脉动发动机高频工作的机理和过程[15]。徐艳英在她的论文中研究了弯尾管Helmholtz型无阀自激脉动燃烧器压力震荡特性,分析了尾管结构参数、热负荷和过量空气系数对燃烧室内压力振幅的影响[16]。张帆对脉动喷气发动机的工作过程进行了数值模拟,得到了与实验相比较为准确的结果。许云林对Helmholtz型脉冲发动机噪声构成进行了分析,并构建了对应的声学模型。结果表明,脉冲发动机的排气噪声为主要声源,其次为进气噪声,而燃烧噪声相对于排气噪声和进气噪声来说要低得多。这为今后设计低噪声脉冲发动机指明了方向[17]。
1.3 本文主要研究内容
脉动燃烧涉及到复杂的声热现象、剧烈的流动变化以及化学反应过程,脉动燃烧器的工作过程及其性能与其内的流动、燃烧、声压特性等密切相关。研究能够准确测量脉动燃烧过程瞬态流动、压力变化的实验手段,获得发动机内温度、燃烧产物及声压特性的测量方法至关重要。利用经过验证的实验手段与方法,获得准确可信的实验数据,对于认知脉动燃烧机理,验证数值模拟所采用的数学模型的准确性及可靠性有着重要的意义。因此,采用实验方法研究周期性高速变化瞬态流场及脉动喷气发动机温度、燃烧产物、噪声是本课题关键科学问题之一。脉动燃烧过程中紊流流动、紊流燃烧等过程及边界条件较为复杂,且各因素之间互相影响,目前尚缺乏能够准确描述上述问题的数学模型与方法。通过本课题,完成吸气式发动机性能综合实验台设计、调试,并利用该实验台对脉动式喷气发动机内的压力、温度、燃烧产物等性能参数进行系统测量,并对发动机压力、温度、速度和燃气组分数据进行数值仿真。
本文主要的研究内容有:
1、完成吸气式发动机综合性能实验台设计;
2、完成吸气式发动机综合性能实验台调试;
3、利用该实验台对脉动式喷气发动机的性能进行测试;
4、对发动机性能数据进行数值仿真计算并分析。
CFX吸气式发动机性能测试实验模拟(3):http://www.751com.cn/jixie/lunwen_43052.html