论文摘要：吸气式一体化喷油稳定器流动和燃烧性能研究

TBCC涡轮冲压组合动力装置要求冲压燃烧室能够在宽广的范围内稳定可靠工作，其主稳定器的设计成为实现冲压燃烧室火焰稳定和高效燃烧的关键。为适应TBCC冲压燃烧室对高速气流中稳定高效燃烧的要求，本文的研究一方面发展了改进型蒸发稳定器；另一方面，发展了一种新型的吸气式尾缘吹气稳定器；两种稳定器都属吸气式一体化喷油稳定器，但吸气式尾缘吹气稳定器更具有新的工作特点。本文对两种新型稳定器的性能进行了试验研究和数值模拟。首先，设计了适用于冲压燃烧室的改进型蒸发稳定器；在接近TBCC冲压燃烧室工作条件下，对稳定器的流动和燃烧性能进行了试验研究，重点探讨了稳定器的燃烧效率、贫熄特性、初步点火性能，并与基准V型稳定器进行了对比；研究了稳定器结构参数和油气参数(来流Ma和油气比f)对燃烧性能的影响。试验结果表明：合理设计的改进型蒸发稳定器比基准V型稳定器冷态流阻更小；在模拟条件下，改进型稳定器的燃烧效率比基准V型稳定器高出30%以上；可在温度较低(只有483K)，Ma=0.15～0.28的宽范围内稳定可靠工作，整个范围内贫熄油气比均可达到fB≤0.0032；点火性能也优于基准V型稳定器。同时，提出一种新型吸气式尾缘吹气稳定器方案；在接近TBCC冲压燃烧室工作条件下，对稳定器的尾缘燃油雾化特性和燃烧性能进行了试验研究，重点探讨了稳定器的尾缘燃油雾化特性、燃烧效率、贫熄特性、初步点火性能，并与基准V型稳定器进行了对比；研究了稳定器结构参数(尾缘缝宽、后挡板开孔面积、混合腔宽度)和工作参数(来流Ma和油气比f)对燃烧性能的影响。试验结果表明：新型稳定器在高来流速度下具有较好的雾化效果，适当的头部开孔面积和后挡板顶角可改善雾化质量；在模拟条件下，新型稳定器的燃烧效率比基准V型稳定器高出20%以上，且具有宽广的稳定工作范围，可在来流温度较低(只有483K)，马赫数Ma=0.15～0.28的宽范围内稳定可靠工作，在Ma=0.272，T=479K条件下，贫熄油气比达到 fB =0.0011；点火性能优于基准V型稳定器。较宽的尾缘缝、较大的后挡板开孔面积和较小的混合腔有利于提高燃烧效率、拓宽贫熄边界、改善点火性能。在试验研究的同时，对稳定器的二维流场和三维燃烧温度场进行了数值模拟，对回流区非稳态流动结构用LES方法进行了二维数值计算。计算与试验研究结果趋势一致，并提供了诸因素对新型稳定器流动与燃烧性能影响的分析依据。尾涡结构分析表明：蒸发管出气孔和尾缘吹气稳定器后挡板出气孔边的小漩涡与稳定器尾缘漩涡的融合过程、快速掺混有利于改善回流区油气混合，有利于小值班火焰的传播，有利于增强稳定性和提高燃烧效率。本文研究结果表明，两种吸气式一体化喷油稳定器均能满足TBCC冲压燃烧室对主稳定器的要求，是适于在高速气流中得到稳定高效燃烧的稳焰装置。新的吸气式一体化喷油尾缘吹气稳定器更有优化研究的空间，进一步在使用条件下验证后，将有希望推向应用。