超燃冲压发动机燃烧模态形成机理及判别准则研究

Under the current engineering requirement, massively parallel computing technology,advanced non-instrusive diagnostic measurements on combustion field and high accuracy experimentation are applied to study scramjet combustion mode with emphasis on the mechanism. The investigation focus on capturing different combustion mode and analyzing the factors wihch effect on combustion mode. By this way, physical relative model and distinguish criterion for combustion could be founded. The researches can give suggestions and directions for the design of high-performance scramjet combustor woking in wide mach numbers and show us the basic understandability of the supersonic combustion process, so it is valuable both in theory and engineering application.

基于目前工程实际需要，针对双模态超燃冲压发动机，采用三维大规模并行计算技术、先进的燃烧内流场非接触诊断技术和高精度试验相结合的研究方法，重点研究发动机燃烧室燃烧模态形成机理，捕捉不同燃烧模态现象，分析燃烧模态的影响因素，建立燃烧模态的物理关系模型，给出其判别准则。通过本项目研究，一方面可以为宽马赫数范围内高性能超燃冲压发动机燃烧室设计提供方向性的意见和指导，另一方面可以加深对超声速燃烧过程的基础性理解，具有重要理论意义和工程应用价值。

项目基于RANS模拟和燃烧内流场非接触诊断技术，对超燃冲压发动机燃烧室中的燃烧模态现象进行深入系统研究。通过RANS模拟和流场非接触诊断结果对比，充分验证了数值模拟结果的可靠性。通过对比实验和计算结果，捕捉到了不同燃烧模态现象，深入分析了超燃冲压发动机可能经历的各种燃烧模态，揭示了燃烧室燃烧模态转换机理，即燃烧模态转换是由边界层分离触发，而不是由热壅塞触发；分析了燃烧室马赫数分布、压强分布、压比和流场结构等参数与燃烧模态的关系，给出了燃烧模态普适性定义，由此建立了燃烧模态定量判别准则。基于壁面压强建立了燃烧室模态与性能映射关系，研究了释热分布对亚燃模态发动机性能的影响。完成了燃烧模态实时判别准则及转换控制实验验证，确认在燃烧模态转换过程中存在滞环现象，燃烧室压力和发动机推力性能存在突变。