劉曉偉,石 磊,劉佩進(jìn),秦 飛,何國強(qiáng),趙建輝
(1.西北工業(yè)大學(xué) 航天學(xué)院,西安 710072;2.空軍西安飛行學(xué)院,西安 710306)
基于DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)流道的RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)*
劉曉偉1,石 磊1,劉佩進(jìn)1,秦 飛1,何國強(qiáng)1,趙建輝2
(1.西北工業(yè)大學(xué) 航天學(xué)院,西安 710072;2.空軍西安飛行學(xué)院,西安 710306)
首先完成了一種典型DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)流道型面和燃燒組織設(shè)計(jì),該發(fā)動(dòng)機(jī)在M∞=4.0和6.0時(shí)的比沖分別為1 029.6 s和899.9 s。以此DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)流道為基礎(chǔ),在隔離段一側(cè)布置火箭發(fā)動(dòng)機(jī),形成RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)流道。數(shù)值模擬研究表明,低馬赫數(shù)時(shí),火箭臺階及下游流道型面變化對發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響有限;保持DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴注方案不變,RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)在M∞=4.0時(shí),沖壓模態(tài)比沖可達(dá)到1 052.8 s。高馬赫數(shù)時(shí),由于燃燒組織位置靠前,必須對DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)原有的燃料噴注方案進(jìn)行調(diào)整,才能確保RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到與前者相當(dāng)?shù)谋葲_水平,經(jīng)過調(diào)整本文RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)M∞=6.0時(shí)沖壓比沖達(dá)到了887.8 s。因此,基于目前較成熟的DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行高馬赫數(shù)RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì),是一條快速可行的技術(shù)途徑。
雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī);火箭基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī);燃燒組織;比沖;數(shù)值模擬
20世紀(jì)60年代初,Curran和Stull提出了雙模態(tài)沖壓(DMSJ: Dual Mode Scramjet)發(fā)動(dòng)機(jī)概念[1]。該發(fā)動(dòng)機(jī)屬于亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)合,較低馬赫數(shù)時(shí),以亞燃沖壓模式工作;較高馬赫數(shù)時(shí),以超燃沖壓模式工作,降低了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作馬赫數(shù)下限,技術(shù)上更易實(shí)現(xiàn)。近年來,隨著吸氣式高超聲速技術(shù)的不斷發(fā)展,DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)取得顯著進(jìn)展,成為高超聲速動(dòng)力研究的必經(jīng)之路[2]。
火箭基組合循環(huán)(RBCC:Rocket Based Combined Cycle)發(fā)動(dòng)機(jī)將火箭發(fā)動(dòng)機(jī)集成于沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)流道中,充分發(fā)揮火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推重比高和吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)比沖高的優(yōu)勢,通過多種模態(tài)的靈活切換,在寬速域、大空域均能始終保持較好的性能,從而適應(yīng)空天往返和臨近空間飛行的需求[3-4]。由于RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)工作范圍很寬,燃燒組織模式和流道幾何型面有必要進(jìn)行調(diào)節(jié)[3,5-8],選用何種沖壓流道作為基準(zhǔn),與發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用模式有關(guān)。目前,在多數(shù)應(yīng)用方式論證中,需要RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)工作速域盡可能兼顧高超聲速和超聲速區(qū)域。因此,以雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)作為RBCC沖壓流道的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)切實(shí)可行。
本文在一典型DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,將火箭發(fā)動(dòng)機(jī)集成于隔離段一側(cè),形成了RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)流道模型。本文對比了火箭臺階及下游流道型面變化對兩種發(fā)動(dòng)機(jī)流場和性能的影響,研究了如何調(diào)整燃燒組織方式以適應(yīng)上述型面變化,保證RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)仍具有良好的沖壓性能。
圖1為本文DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)和RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)流道構(gòu)型圖。僅針對DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)工作速域開展研究,不考慮RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)更寬速域工作時(shí)帶來的變幾何設(shè)計(jì)需求。因此,兩種發(fā)動(dòng)機(jī)均為定幾何構(gòu)型。
兩種發(fā)動(dòng)機(jī)采用相同的定幾何二元混壓式進(jìn)氣道,該進(jìn)氣道針對DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì):工作馬赫數(shù)區(qū)間4.0~7.0,起動(dòng)馬赫數(shù)3.5,設(shè)計(jì)馬赫數(shù)6.0;總收縮比(Hc/Dc,d)=6.35;等高隔離段,長高比為5.0;進(jìn)氣道總長為4.6Hc。其中,Hc為進(jìn)氣道捕獲高度,Dc,d為隔離段高度。
RBCC內(nèi)置火箭側(cè)置于隔離段上方在隔離段出口形成臺階,臺階結(jié)構(gòu)的流道占比為30%,即圖1所示,Dc,d/Dc,r=0.7。其中,Dc,r為燃燒室入口高度。
DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)和RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室總長相同,為12Dc,d,均采用兩級結(jié)構(gòu),第一級長度為8Dc,d,第二級為4Dc,d。布置了兩級對稱凹腔,第一級凹腔于燃燒室入口距離為3Dc,d,兩級凹腔間距為4Dc,d。兩級凹腔長深比分別為5.0和3.0。
在DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)隔離段側(cè)壁布置火箭發(fā)動(dòng)機(jī)后,下游流道幾何參數(shù)必然會(huì)發(fā)生變化。本文選擇兩級燃燒室的擴(kuò)張角度保持不變,分別為2°和4°,即RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室高度相對更高,越靠近隔離段,相對變化越大。
兩種發(fā)動(dòng)機(jī)均采用了單面膨脹尾噴管,擴(kuò)張角為12°,長度均為10Dc,d。
將火箭布置于隔離段一側(cè),由于發(fā)動(dòng)機(jī)流道面積在隔離段出口存在不連續(xù)階躍,因此即使采用其他原則,進(jìn)行燃燒室和尾噴管幾何型面設(shè)計(jì),越靠近隔離段,流道面積相對變化越大的特征是不可避免的。
2.1 數(shù)值計(jì)算模型
本文流場數(shù)值模擬采用商用軟件Fluent完成,利用有限體積法離散二維雷諾時(shí)均N-S方程,對流項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式,粘性項(xiàng)采用中心差分格式,各方程聯(lián)立耦合隱式求解。湍流模型采用了兩方程SSTk-ω模型,該模型將k-ε、k-ω模型進(jìn)行調(diào)和。在固體壁面附近,采用k-ω模型;在自由流和邊界層流外邊界,采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型。因此,該模型對高雷諾數(shù)和低雷諾數(shù)同樣適用,對混合流動(dòng)、剪切流動(dòng),尤其是對邊界層流動(dòng)的模擬效果較好。
本文燃燒過程化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型采用有限速率/渦耗散模型。該模型取Arrhenius和渦耗散反應(yīng)速率中較小的一個(gè)作為凈反應(yīng)速率?;鹧纥c(diǎn)燃后渦耗散速率通常小于Arrhenius反應(yīng)速率,反應(yīng)是混合限制的。由于煤油燃燒機(jī)理復(fù)雜,考慮到計(jì)算效率,本文采用煤油的替代分子式C12H23和三步簡化化學(xué)反應(yīng)模型(見表1),來模擬超聲速流中的煤油燃燒反應(yīng)[9]。
2.2 網(wǎng)格劃分和邊界條件
數(shù)值計(jì)算區(qū)域包括了進(jìn)氣道入口及發(fā)動(dòng)機(jī)出口外足夠大范圍的流場。為了準(zhǔn)確模擬邊界層分離流動(dòng),采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,壁面、進(jìn)氣道入口、內(nèi)置火箭噴管出口、凹腔等流動(dòng)較復(fù)雜區(qū)域,均進(jìn)行了網(wǎng)格局部加密,如圖2所示。使用的邊界條件包括壓力遠(yuǎn)場、壓力出口、無滑移絕熱壁面、質(zhì)量入口。計(jì)算殘差下降3個(gè)數(shù)量級且不再變化,發(fā)動(dòng)機(jī)出口的流量、壓力以及燃?xì)饨M分等參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定,認(rèn)為計(jì)算結(jié)果收斂。
表1 煤油的簡化化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型
2.3 數(shù)值計(jì)算方法校驗(yàn)
本文的數(shù)值模擬不僅涉及到了較復(fù)雜的激波/邊界層相互干擾及分離等流動(dòng)現(xiàn)象,也涉及到了燃燒室內(nèi)復(fù)雜的燃料噴注和燃燒反應(yīng)過程,有必要對本文所采用的數(shù)值模擬方法進(jìn)行校驗(yàn),以確定其可行性。
2.3.1 復(fù)雜氣動(dòng)現(xiàn)象計(jì)算方法校驗(yàn)
針對激波/邊界層相互干擾以及邊界層分離等復(fù)雜流動(dòng)特征的數(shù)值計(jì)算方法可行性校驗(yàn),選取文獻(xiàn)[9]中喉道長度為79.3 mm、Δ=0﹪的構(gòu)型在來流馬赫數(shù)M∞=2.5時(shí)的試驗(yàn)情況進(jìn)行了數(shù)值模擬。
計(jì)算結(jié)果如圖3所示。由圖3可見,SSTk-ω湍流模型能準(zhǔn)確地模擬分離及激波和邊界層干擾引起的復(fù)雜流動(dòng),適合將其用于本文的數(shù)值研究。
2.3.2 氣動(dòng)/燃燒耦合過程計(jì)算方法校驗(yàn)
選擇文獻(xiàn)[10]RBCC燃燒室的地面直連試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為本文燃燒過程數(shù)值計(jì)算方法校驗(yàn)的對象。圖4為試驗(yàn)用RBCC燃燒室構(gòu)型:火箭布置于流道中心支板內(nèi),燃燒室內(nèi)對稱布置一對燃料噴注支板,同時(shí)在支板后設(shè)置一對凹腔,以增強(qiáng)燃料摻混和燃燒。試驗(yàn)?zāi)M條件為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道來流高度H∞=24.0 km,馬赫數(shù)M∞=5.5。內(nèi)置火箭為氣氧/煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī),混合比為1.06。沖壓流道噴注燃料為煤油,當(dāng)量比ER=0.68。
數(shù)值計(jì)算方法校驗(yàn)時(shí),采用的網(wǎng)格劃分方法和數(shù)值計(jì)算模型選取方法均與文中方法保持一致。根據(jù)圖5中結(jié)果對比顯示,數(shù)值計(jì)算獲得的壁面壓力分布與直連試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)符合良好,說明本文采用的數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室數(shù)值模擬時(shí),具有較高的準(zhǔn)確性和合理性,可將其用于本文的數(shù)值研究。
本文針對上述DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)和RBCC發(fā)動(dòng)機(jī),選取了兩個(gè)典型來流條件開展研究,包括H∞=17.0 km,M∞=4.0和H∞=24.0 km,M∞=6.0。數(shù)值模擬中,兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴注總流量一致,總當(dāng)量比均為1.0。M∞=4.0和6.0,進(jìn)氣道流量系數(shù)分別為0.742和0.996。
3.1 兩種發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性對比分析
本文首先保持兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴注方式(噴注位置、流量分布和噴注速度等)一致。圖6給出了兩種發(fā)動(dòng)機(jī)不同來流條件(如“DMSJ-M4”代表DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)、M∞=4.0)的流道沿程壓力p(燃燒室入口一半高度位置)變化曲線(橫坐標(biāo)以發(fā)動(dòng)機(jī)總長L為基準(zhǔn)做了無量綱處理),通過合理的燃料噴注控制,兩種發(fā)動(dòng)機(jī)均實(shí)現(xiàn)了較好的分區(qū)燃燒:M∞=4.0時(shí),燃料噴注和燃燒較為靠后,主要集中于燃燒室的第二級凹腔附近;M∞=6.0時(shí),流道內(nèi)氣流速度加快,為增加摻混和燃燒時(shí)間,燃料噴注前移,燃燒主要集中于第一級凹腔附近。從圖6可看出,盡管壓力分布趨勢相似,但RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓力水平明顯低于DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī),尤其在M∞=6.0時(shí)。
表2給出了兩種發(fā)動(dòng)機(jī)不同來流條件下的比沖(I)。由表2可看到,DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)在M∞=4.0和6.0時(shí)均具有較高的比沖,分別達(dá)到了1 029.6 s和899.9 s。盡管流道壓力水平較低,但RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)在M∞=4.0時(shí)的比沖性能甚至優(yōu)于DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)。這是因?yàn)镽BCC內(nèi)置火箭在隔離段出口形成了臺階,臺階可提升內(nèi)流道前部的抗燃燒反壓能力,且此處壓力較高,形成了一個(gè)有效的推力面。在M∞=6.0時(shí),由于流道壓力水平下降過多,RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)比沖相比DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)大幅下降,超過18%。
表2 DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)和RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)比沖
結(jié)合圖7中的沿程平均馬赫數(shù)M變化曲線及圖8中的流場馬赫數(shù)分布云圖進(jìn)一步分析:由于RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)是在DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)流道模型的基礎(chǔ)上,在隔離段側(cè)向布置了內(nèi)置火箭發(fā)動(dòng)機(jī),形成了一個(gè)突擴(kuò)結(jié)構(gòu),其后RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)流道截面高度整體高于DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī),在燃燒室前部,增高的比例更大。M∞=6.0時(shí),燃燒組織主要在燃燒室前部進(jìn)行,但臺階使得此處來流空氣突然加速,燃料向流動(dòng)核心內(nèi)的穿透深度及在燃燒區(qū)域的駐留時(shí)間顯著減小,導(dǎo)致M∞=6.0時(shí)RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒組織惡化,發(fā)動(dòng)機(jī)性能顯著降低。
基于上述分析,將火箭發(fā)動(dòng)機(jī)布置于DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)隔離段一側(cè)形成RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)后,低馬赫數(shù)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的流動(dòng)特征和性能變化較小,但高馬赫數(shù)時(shí),流動(dòng)特征顯著變化,發(fā)動(dòng)機(jī)性能也有明顯降低。因此,高馬赫數(shù)時(shí),對于RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)有必要調(diào)整燃燒噴注方式,以適應(yīng)流道型面的變化。
3.2 RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴注方案分析
圖9為RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)M∞=6.0時(shí)的冷流流場和幾種燃料噴注位置設(shè)計(jì)。其中,工況1為3.1節(jié)中采用的噴注方案,其余4種方案的燃料噴注位置較工況1逐漸前移,具體噴注位置及噴注量見表3。表3 中,“ER1”代表“位置1”處的燃料噴注當(dāng)量比。
表3 RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)M∞=6.0時(shí)不同燃料噴注量設(shè)計(jì)
針對上述5種不同的燃料噴注方案,對RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)在H∞=24.0 km、M∞=6.0來流條件下的工作情況進(jìn)行了數(shù)值模擬,獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)比沖性能見表4。從表4可發(fā)現(xiàn)一些基本規(guī)律:整體而言,隨著燃料噴注位置在燃燒室內(nèi)的逐漸前移,RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)比沖逐漸提升。這也可從圖10和圖11中的流道壓力分布曲線和馬赫數(shù)分布曲線中得到印證,燃料噴注位置越靠前,其在燃燒室內(nèi)的摻混和燃燒越充分,燃燒效率和發(fā)動(dòng)機(jī)性能更優(yōu)。其中,工況3性能最優(yōu),基本達(dá)到了與DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)相同的水平。然而,對于工況4和工況5,盡管這兩種方案中燃料噴注位置更加靠前,但兩者的發(fā)動(dòng)機(jī)比沖并沒有超過工況3。
表4 采用不同燃料噴注方案的發(fā)動(dòng)機(jī)比沖
從圖9可看到,工況4選擇的燃料噴注位置剛好位于膨脹波作用形成的低壓區(qū)域內(nèi),較高的燃料噴注壓力極易造成隔離段內(nèi)附面層分離,且上述低壓區(qū)域產(chǎn)生較大的逆壓梯度,會(huì)導(dǎo)致附面層分離向上游傳播。圖12為M∞=6時(shí),采用不同燃料噴注方案的RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)流場馬赫數(shù)分布云圖??煽闯?,工況4附面層分離區(qū)域已經(jīng)前傳進(jìn)入進(jìn)氣道內(nèi)壓縮段,進(jìn)氣道的總壓損失增加、阻力增加,燃燒受到不利影響,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降。
工況5選擇的噴注位置為隔離段入口處和進(jìn)氣道唇口附近。由于這些部位位置較為靠前,經(jīng)過激波系壓縮程度相比其余方案更低,當(dāng)?shù)貧饬髁魉傧鄬Ω?,造成噴注燃料的穿透深度更?如圖13所示),影響到摻混和燃燒效率。由于進(jìn)氣道唇口結(jié)構(gòu)相對較薄,采用工況5中的燃料噴注方案,機(jī)械實(shí)現(xiàn)性較差。
綜上所述,采用更加合理的燃料噴注設(shè)計(jì),RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)可達(dá)到與DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)男阅芩健?/p>
為了研究基于DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)流道的RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)性能水平,本文首先完成了一種典型的DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)流道設(shè)計(jì),在此基礎(chǔ)上,盡量少地進(jìn)行幾何參數(shù)改動(dòng),并集成內(nèi)置火箭后,完成了RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)流道設(shè)計(jì)。采用數(shù)值模擬方法,對比了兩種發(fā)動(dòng)機(jī)沖壓模態(tài)的流場特征和比沖性能,研究表明:
(1)將內(nèi)置火箭布置于DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)隔離段一側(cè)后,下游流道面積增加,越靠近隔離段出口,相對變化量越大。
(2)低來流馬赫數(shù)時(shí),燃燒組織位于燃燒室下游,隔離段突擴(kuò)結(jié)構(gòu)和下游相對較小的流道面積變化對燃燒過程影響有限,即使采用相同的燃料噴注方案,兩種發(fā)動(dòng)機(jī)比沖相當(dāng)。
(3)來流馬赫數(shù)越高,燃燒組織越靠前,隔離段突擴(kuò)結(jié)構(gòu)會(huì)對燃燒組織影響越大,導(dǎo)致高馬赫數(shù)時(shí)對于DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)合理的燃料噴注方案,很難保證RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)依然具有較好的性能。但通過對RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴注方案的重新設(shè)計(jì),可使其達(dá)到和DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)相同的比沖水平。
以DMSJ發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ),在其隔離段一側(cè)布置火箭發(fā)動(dòng)機(jī),可獲得具有相當(dāng)沖壓模態(tài)性能的高馬赫數(shù)RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)方案。
[1] Fry R S.A century of ramjet propulsion technology evolution[J].Journal of Propulsion and Power,2004,20(1):27-58.
[2] 俞剛,范學(xué)軍.超聲速燃燒與高超聲速推進(jìn)[J].力學(xué)進(jìn)展,2013,43(5):449-471.
[3] Siebenhaar A,Bulman M.The strutjet engine:the overlooked option for space launch[R].AIAA 1995-3124.
[4] Hank J M.Air force research laboratory hypersonic propulsion research programs[R].AIAA 2007-5371.
[5] Steffen C J and DeBonis J R.CFD analysis of the low speed propulsion mode in an RBCC engine[R].AIAA 2004-0857.
[6] Kanda T,Tomioka S,Ueda S,et al.Design of sub-scale rocket-ramjet combined cycle engine model[R].IAC-05-C4.5.03.
[7] Quinn J E.Oxidizer selection for the ISTAR program (liquid oxygen versus hydrogen peroxide)[R].AIAA 2002-4206.
[8] 劉曉偉.火箭基組合循環(huán)(RBCC)動(dòng)力寬適應(yīng)用性進(jìn)氣道研究[D].西安:西北工業(yè)大學(xué)研究生院,2010.
[9] Herrmann C D,Koschel W W.Aerodynamic performance analysis of a hypersonic inlet[R].AIAA 2002-4130.
[10] 湯祥.RBCC發(fā)動(dòng)機(jī)支板火箭超燃模態(tài)工作過程與性能研究[D].西安:西北工業(yè)大學(xué)研究生院,2015.
(編輯:崔賢彬)
RBCC engine design based on the flow passge of DMSJ engine
LIU Xiao-wei1,SHI Lei1,LIU Pei-jin1,QIN Fei1,HE Guo-qiang1,ZHAO Jian-hui2
(1.College of Astronautics,Northwestern Polytechnical University,Xi'an 710072,China; 2.PLA Air Force Xi'an Flight Academy,Xi'an 710306,China)
The flow passage and combustion organization design of a DMSJ engine is carried out firstly.The specific impulse of the DSMJ engine is 1 029.6 s whenM∞=4.0,whereas it is 899.9 s whenM∞=6.0.A RBCC engine flow passage is obtained by placing a rocket engine on the isolation sidewall of the DMSJ engine.Investigation shows that the rocket shoulder and downstream flow passage scheme variation have limited influence on engine specific impulse when M∞ is lower.The RBCC engine specific impulse is 1052.8s whenM∞=4.0,with the same fuel injection mode as the DMSJ engine.In order to gain a comparable specific impulse to that of DMSJ engine whenM∞is higher,the fuel injection mode of the RBCC engine should be different from the DMSJ engine.The combustion organization positions of two engines are both in the upstream flow passage whenM∞is elevated.The specific impulse of RBCC engine is 887.8 s whenM∞=6.0,with the regulating of the fuel injection mode.Therefore,it is facile and feasible to design a RBCC engine based on traditional mature DMSJ engine.
DMSJ engine;RBCC engine;combustion organization;specific impulse;numerical simulation
2016-08-29;
2017-02-22。
劉曉偉(1982—),男,博士,研究領(lǐng)域?yàn)槲鼩馐浇M合循環(huán)推進(jìn)系統(tǒng)。E-mail:xiaowei420@aliyun.com
V435
A
1006-2793(2017)03-0277-06
10.7673/j.issn.1006-2793.2017.03.002