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1000 - 8217. 2014. 01.

004 第期刘涛等 : 先进发动机 燃烧基础研究的进 展 和关 键科学问题 ― ― 第期双清 论坛综述专题深入探 讨了先进 发动机燃 烧领域的研究现状、比、更宽广的 工 作范 围内稳定可靠地工作 ;

( 工作 发展趋势及 面临的挑战,凝练 了 科学 问题,提出了今条件由常规 向超常规 ( 超高压、超临界、超贫油)发后的重 点研究方 向.展,燃料的喷射 、 蒸发、混合、点火、燃烧等物 理化学先删酬面肿 燃烧 化 学反应 动力学和 火焰 动力 学研究 织和智能控 制;

(从未来节能、环保战略高度 , 要当前国际上 先进 发动机 基础燃 烧研 究 工作 正在 求 在今后 ― 年内发动机的推重比将达到―从单纯 的燃烧物 理向燃烧 物理 和燃烧化 学相 结合的效率提 高―,耗油 率需降低 , 角 度转 换,其基 本思 路是通过解析燃料在复杂 热物和:分别 降低 和,先进民用发 动机 的涵理场中的物理和化学变化过 程,发展发动机燃 烧过道比提高一 倍.程优 化控制 的 新途 径和新方 法,实现发动机内的清为了实现上 述航 空 发动 机 高效 、 稳定 、 清 洁燃烧 洁高效燃烧 . 我国在燃烧反 应动 力学与火焰动 力学目标必须提高 现有空天发动机性能的燃烧过程组方面起步较 晚,基础 薄弱 , 发 动机燃 烧 技术 缺乏 基础 织.高效 组织燃 烧与智能控 制 是在 点 火熄 火 性能 和 理论 方面 的 支撑 . 污染排放性 能之 间的平衡优 化,要掌握燃烧临界状 在燃烧 化学 反应动力学研究领 域,当前国际上态指燃 烧状态与非燃烧状态之 间的转换点,如熄的主要关注 点集 中于大分 子碳 氢燃 料和生物 质 燃料 火、点火、自燃、回火和振荡燃 烧等)发生 的机理、影燃烧过程 中间物种 的微观结 构表征、详细燃烧化学响因素及 预估 、 控 制方法 , 需 要有大 量的基础 研 究规 反应 动力学模型的构建与实验验证 、 燃烧污染物形律和理论 体系 作 支撑 . 成 机理 的发展、燃烧反 应模型的误差分析与简化方(航空航天发动机极端条件下燃烧过程.法发展 等方 面.我国燃烧 化学 反应动力 学研 究 经过 ( 超声速 燃烧 超声速 燃烧 的 物理 机理 主要是 指燃 余年的发展 , 已经逐步建 立起了燃烧化学 反应 动 料雾 化、点火熄火、火焰稳定 、 火焰 传播、燃烧不稳 力学的实验 、 理论 和模型研究体 系,对碳 氢燃 料和生定以及燃烧 强化 机制等基 本规律,也包括大分子 系物质燃 料的燃烧 化学 反 应动力 学开 展了一定的研 究 统动 力学和多相流物 理问题.目前,国外依 靠 长期 和探索.的国家 计划 开展湍 流燃烧 机理及 其数 值模拟 技术 研在火焰 动力 学研究领 域,目前的发展趋势是从究,计算 分析 、 地面实验、飞行试验三者结 合的综合单组 分燃 料向多组 分 混合 燃料转换 、 从 常规 条件向研究 体系 已 基本 建立 . 我国超声 速 燃烧 技术 需 通过 极端 条 件转换 、 从正常燃 烧 现象 稳定火焰传播 ) 向系统深入 的 基础 研究,以支撑 国家在先进航 空航天临界燃烧 过程 ( 着火、回火、熄火等)转换、从定性认吸气式 推进 系统方面 近 期和 远期 的科学和技术发展 识向定量 预测 转换 . 关于常规条 件下 单组分燃 料的规划需 求.(爆震燃烧:爆震燃烧是 一种能自增火焰 动力 学 特性 , 目前已经有了较为完善 的认识,并压的先 进燃烧 方式,在燃烧 过程的组织方面 比等压发展 出了较为系统的理论.然而,为了清洁高效地燃烧复 杂得多 . 脉冲爆震燃烧起步较早 、 在基础研组织 发动机 内 燃烧 过程,还必须对多组分混合燃料究方面 已 经取 得许多突破 、 但还需要进一步深 人研在非 常规 条件 下的火焰动 力 学特 性进 行深 人系统的究爆震 总推进 效率、爆震能量的高效利用及转化方 研究 , 必须对不 同燃料在不 同工况下的燃烧过程中法、等离子 体起爆机理、爆震室与外部流动的耦合所涉及 的流 动与化学 反 应耦 合机制 进行 充分认 识.等.旋转 爆震 燃烧 刚起步不久,需要研究反 应剂喷先进 航空 航天发 动 机燃 烧基 础研 究射、旋转 爆震起爆、传播、控制、出口解旋以及长时航空航天发 动机燃 烧过 程的高效组织 . 间 稳定 可靠工作等.另外,还需要对斜正爆震等我国航空航天 发动 机与 世 界发 达国家的综合差 多模 态组 合、高频谐振爆 震和微爆 震等多种 动力形距为一代到 一代半,大约―年,而且有 不 断扩 式的机理 开展 积极 的 探索 研究 . ( 各类 组合 发动 大的趋势 . 航空发动机要 实现从 测 绘仿 制到自主创 机燃 烧:为了适应未来 航空 、 航天 军用和民用发展 需新,尽快 缩小 差距,必然 要从源头出发,加强 燃烧方求,世界各 国 正在 研制 各种先 进的飞行器,要求与之 面的基础研究 和关键技术研 究.相配 的 动力 系统有宽 广的飞行空域(―及先进 航空 发动 机对 燃烧提出了许多新的要求:速域 ― , 目前尚无一种发动机能独立达在更 高的压力 ( 总压比在如以上)、更低 的油气到.因此,提出了各种组 合发动 机概 念,如火 箭基 或22中国科学基金年涡轮基 冲 压组 合发 动机(或、亚燃超还没有形 成相 对完整 的 理论 体系.燃冲压发动机 ........