冲压发动机喷气催化复合效应研究

<span style="font-family: 'Trebuchet MS', 'Lucida Sans Unicode', Arial, sans-serif; line-height: 22px">在高超声速飞行条件下，流入冲压发动机燃烧室并降至低速的空气的温度随飞行马赫数增加而愈来愈高。燃料与高温空气混合燃烧释放的化学能中的一部分将转化为解离能。这些解离能在长度受限的尾喷管中难以充分复合形成推力，使冲压发动机推力在高超声速范围内随飞行马赫数增大而下降，难以满足高超声速飞行器的推进要求。 与亚燃冲压发动机相比，流入超燃冲压发动机燃烧室的空气的温度在同样飞行马赫数条件下将明显降低，上述困难可大大缓解。然而目前超燃冲压发动机还存在关键性难点有待克服。若保持现有亚燃冲压发动机的吸气与燃烧方式，通过催化促进燃气解离组分在尾喷管膨胀过程中复合，可以增大冲压发动机的推力，满足高超声速飞行器的推进要求，为高超声速飞行器推进提供新的选择。 本论文主要研究内容如下： （1） 研究了亚燃冲压发动机燃烧室内燃气解离能与飞行马赫数的关系。通过对冻结流、平衡流和有限化学反应速率的流动的数值计算，确定了回收解离能增大推力的潜力。 （2） 以双爆轰技术为基础，建立起一套地面燃气产生装置。所产生的燃气的组分、温度和压力均与冲压发动机在高空飞行时燃气完全相同。调试出总温3200K、总压20Bar（对应来流马赫数6）和试验时间17.5ms以及总温4000K、总压5Bar（对应来流马赫数8）和试验时间12.5ms两种状态参数的试验用燃气。 （3） 建立了基于动量守恒原理的通过皮托管测压力换算推力的测量方法。对催化复合增大推力的实验而言，一般要进行特定流动条件下喷水与未喷水两种情况下推力大小的比较，其精度可以达到2%甚至更高。 （4） 完成了尾喷管喉道下游管壁喷水试验，成功释放出高温燃气中的解离能，有效增大了推力，证实了催化增推的想法是可行的。在来流马赫数6的条件下获得了11.0%的推力增量；在来流马赫数8.0的条件下也获得了11.7%的推力增加。</span>