热声发动机的CFD数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法,对高频驻波热声发动机和热声斯特林发动机实验系统分别进行了二维和三维数值模拟。计算模型具有与实验系统相同的几何结构、尺寸和运行工况。对计算模型的有效性进行了研究,表明实现有限换热条件的板叠实物模型适合驻波热声发动机的模拟,而实现局域热平衡的多孔介质模型适合热声斯特林发动机的模拟。计算结果成功观测到了非线性的自激振荡演化过程,捕捉到了两种发动机的不同非线性现象。计算结果分别给出了两种热声发动机内部的声场分布特性和复杂流场。计算结果与实验结果的对比验证了CFD方法对高频驻波热声发动机和热声斯特林发动机模拟的有效性。     

空气/酒精燃气发生器试验研究

为了适应一种引射系统气源的需要,在综合分析各类引射工质的基础上,提出了采用空气/酒精组合推进剂燃烧产生高温燃气的引射气源方案,设计了一种基于航空发动机环形燃烧室结构的燃气发生器。根据空气/酒精推进剂的特点,确定了空气-酒精依次进入燃气发生器的点火时序.为了验证该型燃气发生器的性能,开展了多种工况下的热试车.结果表明:采用的技术方案可行,发生器排气流量、温度、压力满足设计指标要求;发生器点火迅速且可靠,燃烧较为平稳,可得到较为均匀的温度场;能在较宽的流量范围内稳定工作,且在保持余气系数不变的条件下,随着燃气流量的增加,燃气发生器的燃烧效率显著提高,此外,燃烧室火焰筒壁温监测表明燃气发生器可实现长时间工作运行。     

基于质量阵Cholesky分解的发动机悬置系统优化

根据拉格朗日方程,建立发动机悬置系统的动力学模型;基于广义坐标下质量矩阵的Cholesky分解,设计正则模态矩阵;结合悬置系统的能量分布矩阵和工程约束条件,在最小二乘原则下,对支撑参数进行优化求解;在发动机的振动激励源分析的基础上,通过对悬置系统进行动力学仿真,证明了基于质量阵Cholesky分解的发动机悬置系统优化方法的可行性及有效性。     

考虑气蚀效应的气液两相冲压发动机数值模拟

针对一种新型水下气液两相冲压发动机,综合考虑了湍流效应、气液两相之间的拖曳作用及传热与传质,利用计算流体力学方法研究了气液两相冲压发动机内流场的流动特性随发动机工作条件的变化规律,重点研究了气蚀效应对发动机工作性能的影响.主要结论为:当航行速度大于32 m/s,气液两相冲压发动机入口附近会产生气蚀并造成严重的总压损失,导致扩张段下游产生流动分离,此时发动机无法产生正推力;通过增大气体质量流率,气液两相冲压发动机内流场的压力将会随之升高,气蚀效应被抑制;提高注入发动机气体的温度,发动机的推力及比冲均增大,但是发动机效率急剧降低.      

中国科学院高温气体动力学重点实验室研究进展

<正>中国科学院高温气体动力学重点实验室是在钱学森先生和郭永怀先生创立的科研队伍的基础上于1994年组建的.实验室成立以来一直坚持钱学森先生倡导的"工程科学"理念,面向国家安全和国民经济的重大战略需求,主要研究高温、高超声速极端条件下,具有分子振动与转动激发、解离、电离等内态变化介质的流动规律,推动气体动力学科的创新与发展;并通过发展新理论、     

TRANSIENT THERMAL RESPONSE IN THICK ORTHOTROPIC HOLLOW CYLINDERS WITH FINITE LENGTH： HIGH ORDER SHELL THEORY

The transient thermal response of a thick orthotropic hollow cylinder with finite length is studied by a high order shell theory. The radial and axial displacements are assumed to have quadratic and cubic variations through the thickness, respectively. It is important that the radial stress is approximated by a cubic expansion satisfying the boundary conditions at the inner and outer surfaces, and the corresponding strain should be least-squares compatible with the strain derived from the strain-displacement relation. The equations of motion are derived from the integration of the equilibrium equations of stresses, which are solved by precise integration method （PIM）. Numerical results are.obtained, and compared with FE simulations and dynamic thermo-elasticity solutions, which indicates that the high order shell theory is capable of predicting the transient thermal response of an orthotropic （or isotropic） thick hollow cylinder efficiently, and for the detonation tube of actual pulse detonation engines （PDE） heated continuously, the thermal stresses will become too large to be neglected, which are not like those in the one time experiments with very short time.     

高频热声驻波发动机性能的实验研究

热声驻波发动机由于内禀的不可逆性而热效率较低,但其系统结构简单和可靠性高的优点使其仍具有一定的应用前景。目前,对高频驻波系统研究较少,搭建了一台高频热声驻波发动机,研究了板叠和谐振管对系统的重要作用,另外,初步探讨了系统热腔内的温度演化过程和稳定振荡时的温度分布特性,这对高频热声驻波发动机实验和数值研究具有指导意义。     

谈“神舟”号飞船的着陆方式

[题目]"神舟"号飞船返回前飞行在距地面高度h=340 km的圆形轨道上.飞船装有52台发动机,用于姿态控制、变轨机动以及脱轨返回时提供所需要的冲量,为了便于研究,将52台发动机等效为P1、P2、P3、P4四台发动机,如图1所示.开始时,飞船以恒定速度vo=7.7 km/s向x轴正方向运动,要使飞船降低高度返回地面,应当启动哪台发动机?     

混合工质热声发动机热力特性的试验研究

在自行研制的"驻波型热声发动机试验平台"上,对采用He/Ar混合工质的驻波热声发动机系统的热力特性进行了详细的试验研究.试验结果表明:采用混合工质可以有效地提高热声发动机的热力性能,当氦氩配比为4:1时,系统压比较纯质提高50%以上;另外,采用混合工质可以明显地降低系统的起振温度与消振温度,当氦氩配比在30%～50%之间时,起振温度和消振温度平均较纯质降低50℃和40℃左右,尤其是较低的起振温度意味着可直接利用低品位热量作为驱动热源,从而扩宽了热声发动机的适用范围.     

一种新型的超燃冲压发动机闭式冷却循环

热防护技术是发展高超音速的关键技术之一.为了降低冷却用燃料需求,本文提出了基于闭式Brayton循环的超燃冲压发动机冷却循环,旨在提出一个缓解超燃冲压发动机热防护压力的新方法、新思路,同时可为高超音速飞行器提供足够的电力供应.文中介绍了冷却循环的组成和工作原理,定义了评价冷却循环性能的参数,在考虑系统内、外不可逆性的基础上,完成了系统的性能分析,分析表明该冷却循环可有效地节约冷却用燃料消耗,大幅提升超燃冲压发动机热防护系统性能.