DOC《[1]或者更低,较低的燃气温度通常是通过极度富油或极度富氧...》

[1]或者更低,较低的燃气温度通常是通过极度富油或极度富氧或加入冷却介质(如水)的方式实现的.

本文中的燃气发生器主要用于超燃冲压发动机地面试验的引射设备,其原理与结构与液体火箭发动机中驱动涡轮燃气发生器(下文用传统燃气发生器代指)相似,燃气温度要求也是1000K左右,因而其燃烧性能与传统燃气发生器有很多相同之处,传统燃气发生器的设计、前期研究成果对本文中的燃气发生器具有借鉴意义. 燃烧不稳定问题是液体火箭发动机推力室、燃气发生器设计研发中最关切的问题,前期的研究显示在采用撞击式喷嘴[2]和同轴式喷嘴[3]的燃气发生器研发中均出现了燃烧不稳定现象.Lawver[2]通过试验研究了采用撞击式喷嘴的燃气发生器的特征速度、燃气温度和稳定性等性能;

对于基于同轴式喷嘴的燃气发生器,Ito[3]认为压力振荡的出现与混合比(余氧系数)紧密相关,但是并未详细说明相关性的细节. 本文中的燃气发生器采用气液同轴离心式喷嘴,通过对燃气发生器的大量热试数据运用统计的方法和时频域分析,发现了非稳态燃烧出现的概率特征,并对非稳态燃烧的振荡形态进行了分析.论文的研究结果深化了对燃气发生器低频压力振荡的认识,同时对燃气发生器的设计点选择和试验设计具有指导意义. 试验系统 试验采用挤压式供应方案,试验系统如图1所示.供应系统可以实现燃料和氧化剂的流量供应,采用氮气对燃料储罐进行增压;

试验采用的燃料为含水酒精,氧化剂为氧气.测控系统可以控制阀门开关和点火,并测量和记录试验过程中的测点压强和流量等参数.压力传感器采用膜片电阻传感器,测量精度为5%FS(FS表示全量程),控制系统时间空间控制精度可以达到±50ms. 图2为本文试验的燃气发生器,采用气液同轴式喷嘴,中心采用切向孔离心式喷嘴喷注燃料,周围环缝喷注氧气.试验采用的燃气发生器,主要由喷注器、燃烧室、喷管组成,在试验过程中通过更换喷注器喷嘴、燃烧室、喷管共涉及13套燃气发生器.论文主要基于大样本的热试验数据进行宏观的统计分析,因此不具体考虑各个组成部件的结构. 试验数据分析 数据样本 燃气发生器共计进行了196次点火热试,以这196次热试数据作为样本.选择燃烧室室压作为特征量,室压平稳为平稳燃烧,室压有振荡则为非平稳燃烧.文献[4]对平稳燃烧与非平稳燃烧进行了界定,当发动机稳态工作期间压力波动不超过平均室压的±5%时,认为发动机处于平稳燃烧状态,压力波动超过平均室压的5%时则为非平稳燃烧.在这个界定标准下,样本中平稳燃烧系数为132次,非平稳燃烧为64次,非平稳燃烧比例达到了32.7%,如表1所示. 图1 试验系统简图 Fig.1 Schematic diagram of testing system 表1 试验数据统计 Tab.1 Experimental data statistics 总热试次数 平稳燃烧次数 非平稳燃烧次数 非平稳燃烧比例

196 132

64 32.7% 图2 燃气发生器结构示意图 Fig.2 Schematic diagram of gas generator 室压频谱分析 对所有出现非平稳燃烧的试验工况的燃烧室压力数据进行频谱分析,发现非平稳燃烧压力振荡体现为两种形态的频谱,其中一种频谱图具有明显的主频,依据文献[4]这种非稳态燃烧属于典型的低频不稳定燃烧;

如图3所示为其中一次低频不稳定燃烧的压力数据时域、频域曲线,其中图3(a)为室压-时间曲线,图3(b)为频谱图,从图上可以看出明显的主频,主频值为12.02Hz;