固體燃料超燃沖壓發動機燃燒室流場準一維計算方法研究①

王利和，武志文，遲鴻偉，魏志軍，王寧飛

(北京理工大學 宇航學院，北京 100081)

0 引言

固體燃料超燃沖壓發動機(Solid Fuel Scramjet)是一種將固體燃料澆注或粘貼在燃燒室內與超聲速氣流直接燃燒的沖壓發動機。關于固體燃料超燃沖壓發動機研究的公開文獻較少，美國海軍研究生院的Witt［1］和Angus［2］在1989年和1991年，對固體燃料超燃沖壓發動機概念進行了初步的研究，他們在燃燒室內加入了少量的氫氣作為點火炬;以色列理工學院的Ben-Yakar和 Gany 等［3－6］在 1994～1998年間，對固體燃料超燃沖壓發動機燃燒室進行了一系列的實驗研究，實驗證明了固體燃料在超聲速氣流中能夠自燃和維持火焰穩定，并初步給出了平均燃面退移速率和入口氣流參數的關系。

固體燃料超燃沖壓發動機燃燒室內的燃燒流動是一個典型的非定常問題。利用二維或三維的數值方法，計算超聲速燃燒耗時巨大［7］，在初始研究階段如何利用一維或者準一維方法，將非定常問題簡化顯得非常重要。Gany［3］提到了燃燒室流場準一維計算方法，但用到的一維方法里，未耦合固體燃料燃面退移速率模型，無法計算沿軸線的燃面推移速率，且無法分析燃燒室參數隨著時間的變化情況。本文將燃面推移速率模型耦合到準一維流場計算方法中，由前一時刻的燃燒室直徑加上燃面退移速率，得出下一時刻的燃燒室直徑，算出每一時刻的邊界條件，將非定常問題轉化為每一時刻的定常問題。該方法除了能快速計算每一時刻流場參數和燃面推移速率沿軸線的變化情況外，還能研究相關參數隨著時間的變化情況。……