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超燃冲压发动机总体方案设计与优化研究

作　者: 王超
导　师: 刘卫东
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 超燃冲压发动机 总体方案 火用分析 准一维分析模型 总体优化
分类号: V235
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文建立了超燃冲压发动机的热力分析方法和系统子模型,形成了超燃冲压发动机总体设计方法,进行了给定任务下的总体方案设计,并对基准方案的内流道进行了优化。发展了修正的气流推力函数和超燃冲压发动机火用分析方法,进行了基于热力分析的总体参数设计和火用分析,结果表明:1)进气道设计参数中,压缩效率对发动机性能十分关键;相对于燃烧室阻力而言,燃烧效率对发动机性能影响更大;尾喷管膨胀效率和喷管出口压力均严重影响发动机性能,其中尾喷管出口压力的选择应在发动机推进性能和几何尺寸间取折衷;2)在等压燃烧假设下,存在进气道最佳出口温度,但其对发动机性能影响不大;3)整个系统的最大损失是排气损失,燃烧过程是内流道中主要的损失来源。研究了超燃冲压发动机总体设计参数体系与耦合关系、以及超燃冲压发动机设计流程,建立了进气道分析模型、发动机准一维分析模型,供应系统模型和发动机系统质量模型。应用建立的模型设计了超燃冲压发动机总体方案,设计了内流道、供应系统,进行了发动机质量估算。针对燃烧室的燃烧释热,研究了裂解气成分、型面变化和喷注对燃烧释热的影响。采用模拟退火方法对内流道进行了优化,取得了超燃模态下推力大幅提高的结果。结合火用分析方法,研究并对比分析了基准/优化构型的沿流向的一维火用、火用损分布,结果表明:1)与基准构型相比,推力有了较大提升;2)优化的构型是通过增强进气道/隔离段压缩、后移和均匀地分布喷注位置、配合燃烧室型面变化来实现大当量比下超声速燃烧;3)内流道火用损主要集中在主燃烧释热区域。

全文目录


表目录  7-9
图目录  9-11
摘要  11-12
ABSTRACT  12-13
第一章 绪论  13-27
  1.1 研究背景与意义  13-14
  1.2 超燃冲压发动机研究进展  14-18
    1.2.1 美国的超燃冲压发动机研究进展  14-16
    1.2.2 澳大利亚的超燃冲压发动机研究进展  16-17
    1.2.3 其他国家超燃冲压发动机研究进展  17-18
  1.3 超燃冲压发动机总体技术研究进展  18-25
    1.3.1 超燃冲压发动机性能分析方法研究进展  18-23
    1.3.2 超燃冲压发动机总体设计优化研究进展  23-25
  1.4 论文主要内容  25-27
第二章 超燃冲压发动机热力分析方法研究  27-47
  2.1 概述  27-28
  2.2 超燃冲压发动机气流推力函数/火用分析方法  28-36
    2.2.1 气流推力函数  28-31
    2.2.2 火用的定义  31-34
    2.2.3 火用分析方法  34-36
  2.3 基于热力分析的超燃冲压发动机性能研究  36-46
    2.3.1 基于热力分析的总体参数设计  36-39
    2.3.2 超燃冲压发动机热力分析  39-46
  2.4 小结  46-47
第三章 超燃冲压发动机总体设计方法研究  47-67
  3.1 概述  47
  3.2 超燃冲压发动机总体参数体系  47-48
  3.3 超燃冲压发动机总体设计流程  48-51
    3.3.1 任务分析  48
    3.3.2 发动机构型选择  48-49
    3.3.3 系统组成  49-50
    3.3.4 设计流程图  50-51
  3.4 超燃冲压发动机总体设计建模  51-65
    3.4.1 进气道设计与建模  51-54
    3.4.2 隔离段设计  54-55
    3.4.3 燃烧室/尾喷管设计与建模  55-57
    3.4.4 超燃冲压发动机准一维分析模型  57-61
    3.4.5 燃料供应系统模型  61-63
    3.4.6 发动机质量模型  63-65
  3.5 小结  65-67
第四章 超燃冲压发动机总体方案设计与性能研究  67-80
  4.1 概述  67
  4.2 超燃冲压发动机总体方案  67-70
    4.2.1 内流道设计方案  67-69
    4.2.2 供应系统  69-70
  4.3 超燃冲压发动机总体性能分析  70-75
    4.3.1 推进性能分析  70-74
    4.3.2 发动机质量  74-75
  4.4 超燃冲压发动机燃烧释热的初步研究  75-79
    4.4.1 裂解气成分对燃烧释热的影响  75-78
    4.4.2 燃烧室构型/燃料喷注方案对燃烧释热的影响  78-79
  4.5 小结  79-80
第五章 超燃冲压发动机总体方案优化研究  80-89
  5.1 概述  80
  5.2 超燃冲压发动机总体优化方法  80-83
    5.2.1 模拟退火算法  80-81
    5.2.2 模拟退火优化模型  81-83
  5.3 超燃冲压发动机内流道优化对比分析  83-88
    5.3.1 超燃冲压发动机内流道优化结果  84-85
    5.3.2 进气道/隔离段优化对比分析  85-86
    5.3.3 燃烧室/尾喷管优化对比分析  86-88
  5.4 小结  88-89
结束语  89-91
致谢  91-92
参考文献  92-99
作者在学期间取得的学术成果  99-100
附录A 发动机壳体质量/容积模型  100-102

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空发动机（推进系统） > 空气喷气式发动机
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