預(yù)冷組合發(fā)動(dòng)機(jī)中波瓣混流器對(duì)氫氣/空氣摻混性能影響

吳弈臻，馬 元，黃樂萍，馬文友，王 祎

(西安航天動(dòng)力研究所，陜西 西安 710100)

0 引言

從地面水平起飛、單級(jí)入軌的高超聲速飛行器是21世紀(jì)航空航天領(lǐng)域的科技高地，某預(yù)冷組合發(fā)動(dòng)機(jī)中通過液氫冷卻來流空氣，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣模態(tài)下的推力、拓寬工作速域達(dá)0～5.5

Ma

，達(dá)到跨速領(lǐng)域空領(lǐng)域飛行的目的。這種發(fā)動(dòng)機(jī)采用氫氣作為燃料，相比于其他典型氣體燃料，具有熱值高、著火范圍寬、點(diǎn)火能低、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓忍匦裕^高的燃速和過低的密度可能會(huì)導(dǎo)致燃燒室早燃、爆燃、回火等問題，預(yù)冷組合發(fā)動(dòng)機(jī)中氫氣和空氣的高效摻混和燃燒技術(shù)是現(xiàn)階段的主要難題之一。

波瓣混流器是一種典型的氣氣混合增強(qiáng)裝置，波瓣混流器的優(yōu)點(diǎn)和廣泛前景，使得其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)排氣、車載燃?xì)廨啓C(jī)排氣和ATR發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。利用波瓣混流器產(chǎn)生的大尺度渦結(jié)構(gòu)，能夠加強(qiáng)內(nèi)外涵道兩股狀態(tài)參數(shù)不同的流體之間的摻混，有著增大發(fā)動(dòng)機(jī)推力、提高燃燒效率、抑制氣流噪聲、減小紅外輻射等作用。

Frost于1966年首次將波瓣混流器應(yīng)用在了發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)上，之后前人對(duì)其的混合機(jī)理開展了大量研究，Belovich等概述總結(jié)了影響波瓣混流器摻混的3個(gè)主要因素為：波瓣的幾何形狀導(dǎo)致的內(nèi)外涵接觸面積增加、下游的大尺度流向渦以及開爾文-亥姆霍茲(K-H)不穩(wěn)定性引起的正交渦。

關(guān)于波瓣混流器不同結(jié)構(gòu)的摻混及燃燒特性研究也在開展，陳幸等人的研究表明，調(diào)整張角、瓣寬比及波瓣尾緣形狀可以顯著改善摻混及燃燒特性，反應(yīng)流的流向渦大于非反應(yīng)流，且主要的總壓損失來自于燃燒反應(yīng)。……