行波热声发动机声功输出特性研究

行波热声发动机具有效率高、可靠性好及环保等优点.本文分别以氮气和氦气为工质研究了行波热声发动机的声功输出特性.在平均压力为3.0MPa,输入功率为3000W时,氮气为工质获得最大492.3W输出声功,氦气为工质获得最大691.3W的声功.此外还针对两种不同锥度的锥形谐振管发动机的声功输出特性进行了对比研究.研究表明:设计合理的谐振管一方面能够有效降低加热温度,有利于利用低品位热源;另一方面还能有效地降低损失,在相同的加热量下具有更高的压比、更大的输出声功及效率.     

液体火箭燃烧不稳定性主动控制数值仿真

基于压力隐式算子分割(PISO)算法,通过求解Navier-Stokes方程,对煤油/气氧/气氢三组元火箭发动机两相燃烧进行了数值仿真,得到了燃烧自激振荡的仿真结果;根据燃烧室压力变化,通过实时调节推进剂流量,对液体火箭发动机燃烧不稳定进行主动控制.仿真结果表明:对液体火箭发动机不稳定燃烧进行主动控制是可行的;通过调节推进剂流量的3%就可以抑制燃烧不稳定.     

热声驱动液态金属基摩擦纳米发电机研究

热声发电技术作为一种新型的热发电技术,具有可靠性高、效率高、环境友好等优点。2017年本课题组首次提出并验证了"热声驱动摩擦纳米发电机"这一热-声-电换能新流程,为探索新的具有高可靠性、低成本、结构简单且高效的声电转换方式提供了新思路.为进一步提高热声驱动摩擦纳米发电机的输出电压和功率,本文提出并研究了滑动式液态金属基摩擦纳米发电机与气-液谐振驻波热声发动机耦合新构型,并理论计算了气-液谐振驻波热声发动机的工作特性以及滑动式液态金属基摩擦纳米发电机的输出特性。计算结果显示,液态金属液柱的引入可以显著降低热声发动机的谐振频率并提高热声发动机的压力波动振幅,这有利于提高热声驱动摩擦纳米发电机的输出电压和功率。当使用GaIn24.5作为液态金属工质时,单个液态金属基摩擦纳米发电机的开路电压可达到237 V,峰值输出功率可达到23.7μW。     

小型双脉冲发动机金属膜片的承压与破裂

为了得到双脉冲发动机隔舱处金属膜片的适宜结构,本文中采用Johnson-Cook材料损伤模型对不同规格金属膜片的承压、破裂过程进行了数值模拟,确定某种规格金属膜片满足设计要求。针对符合要求的金属膜片结构,设计了一套测双向测压装置,对金属膜片的承压、破裂过程依次进行试验。验证了所采用的金属膜片在一脉冲工作时其结构完整没有发生破裂,在二脉冲工作时金属膜片沿着预制刻痕破裂且没有金属碎片脱离,承压和破裂均能满足发动机正常工作要求。通过数值模拟和实验进行对比,发现得到的结果接近,说明采用本文的数值模拟方法研究金属膜片承压与破裂是可行的。通过数值模拟发现,在相同金属膜片厚径比时,随着金属膜片直径的增大,破裂时所需的压强先增大后减小再增大。

     

多孔金属夹层圆柱壳的热机响应分析、优化设计及应用研究

0引言脉冲爆震发动机(Pause Detonation Engine,PDE)是21世纪最有前途的革命性航空航天动力之一,是一种利用脉冲式爆震波产生推力的新概念发动机[1].PDE的工作环境很特殊[2]:高温(2000-3000K)、高压(20-30 atm)、间歇性高速移动(1500-3000m/s)的热机冲击,为保证爆震燃烧室(爆震管)在如此恶劣的环境下稳定、可靠的运行,其强度设计、减振降噪和寿命技术等都是关键课题.     

高速旋转平板叶片撞击同心圆筒壳体试验的研究

利用冲击动力学基本理论 ,采用能量法对结构的塑性动力响应进行了研究 ,得出了一个撞击试验的物理模型。利用该模型定量地计算了被撞击壳体的侵彻深度。     

基于差分探测的低相干外差干涉间隙测量技术

针对低相干外差干涉间隙测量技术应用于发动机、燃气轮机等设备内部高温、高压、强振等恶劣环境时,面临信号弱、信噪比差导致测量范围受限的问题,提出利用差分探测技术来提升拍频信号信噪比的方法.围绕所提出的方法,建立了严格的间隙测量模型,并从理论上说明了其具有提升信号信噪比、扩大测量范围的优势.为证明方法的可行性,搭建了全光纤低...     

基于非对称吸声器的发动机声学超表面声衬

为了解决发动机低频噪声问题,基于双端口非对称吸声器原理,设计了一种尺寸渐变的吸声超表面,用于发动机声衬降噪设计.首先,建立了非对称共振吸声器的理论分析模型和仿真分析模型,揭示了降噪机理,并分析了其降噪效果的影响因素.然后基于非对称共振吸声器设计了一种声学超表面声衬,用全模型理论计算、等效阻抗理论计算和COMSOL有限元仿真三种方法深入分析了声衬的降噪效果,并用全模型理论计算和等效阻抗理论计算方法考虑了流速对降噪效果的影响,然后对此结构进行了参数优化.研究结果表明,所设计的基于非对称吸声器的声学超表面声衬在厚度仅为2.5 cm (仅为252 Hz对应波长的1/54)的情况下,可实现252—692 Hz的频带范围内3 dB以上的降噪效果,为发动机降噪设计提供了一种新的设计思路.     

环形通道内爆轰波的起爆机制

旋转爆轰发动机环形燃烧室和预爆轰管的设计是影响发动机点火性能的关键因素。为了获得环形燃烧室中的起爆机制，使用多帧短时开快门摄像法，研究了不同含量氩气稀释的乙炔-氧气爆轰波经直管道沿切向进入环形通道中的传播过程和模式，重点关注爆轰波的失效和重新起爆机制。通过分析胞格模式发现环形通道内爆轰波的传播模式可以分为亚临界、临界和超临界3种状态。环形通道内爆轰波在顺时针和逆时针方向同时传播，根据初始压力和环形管道宽度的不同，会出现完全熄爆模式、熄爆-重新起爆模式和完全不熄爆模式，对应亚临界、临界和超临界3种状态。3种状态在顺时针和逆时针方向出现的顺序并不一致，相比较而言逆时针方向更易熄爆。研究同时也发现重新起爆通过两种方式实现：一种是通过解耦爆轰波与内壁面的反射以及其后的横向爆轰波，另外一种是通过燃烧转爆轰。通过分析直管的临界管径发现，随着环形通道宽度的增大，对于高浓度或低浓度氩气稀释的乙炔-氧气爆轰波，其临界管径均趋近于经典衍射问题中不稳定爆轰波的临界管径。实验研究结论将为旋转爆轰发动机燃烧室和预爆轰管的结构设计提供技术支持。