基于三維CFD的RBCC發動機建模方法

潘 浩，潘宏亮，秦 飛，何國強，王亞軍

(西北工業大學 燃燒、熱結構與內流場重點實驗室，西安 710072)

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基于三維CFD的RBCC發動機建模方法

潘 浩，潘宏亮，秦 飛，何國強，王亞軍

(西北工業大學 燃燒、熱結構與內流場重點實驗室，西安 710072)

RBCC發動機可多模態工作，能適應寬廣的飛行包線，因而其火箭尾流剪切作用變化強烈、流道截面變化大，噴油規律復雜，給發動機建模與控制研究帶來困難。針對RBCC發動機的地面直連實驗構型，采用三維CFD計算分析RBCC流場特點，研究發動機狀態變量特征，并基于CFD計算結合擬合法的建模思路，建立了RBCC狀態空間模型，模型的計算結果與三維CFD的計算結果有較好的吻合度，均方差滿足要求。研究表明，在一定范圍內增加計算特征數據點個數，可提高建模精度，但當計算特征數據點的個數超過20時，繼續增加點的個數對精度的提高非常有限。

RBCC；CFD方法；建模；模型辨識

0 引言

火箭基組合循環(Rocket Based Combined Cycle，RBCC)發動機將火箭發動機的高推重比和吸氣式發動機的高比沖等優點有機地組合在一起，在不同的飛行馬赫數區間，利用最有效率的熱力循環模式進行工作，使推進系統的性能保持全工作過程最佳，且發動機結構簡單，成本較低，具有較好的發展前景[1]。RBCC發動機工作過程主要經歷4種模態：火箭引射模態、亞燃沖壓模態、超燃沖壓模態及純火箭模態，來流條件跨度較大，氣動熱力過程復雜，必須對發動機的燃燒組織進行主動控制，以實現寬范圍內高效穩定的燃燒。現階段主要通過切換噴注位置和變化燃料當量比來組織燃燒，實現燃燒模態的控制需要建立能反映噴注位置和燃料當量比變化對發動機性能影響的狀態空間模型。……