● 摘要
本文结合数值模拟和实验，研究了冲压发动机模型燃烧室燃烧不稳定特性。设计不同的工况参数，稳定器结构，以流场结构变化与火焰面的脉动为切入点，研究当量比，稳定器结构，来流参数对于燃烧不稳定性的影响。数值模拟方面对于不同稳定器结构和来流速度的不同激励频率做了计算.研究流场的时域变化以及火焰和流场之间的相互作用。计算结果表明，发生不稳定燃烧时，在稳定器后形成回流区为特征的流场结构，主流与回流区间有剪切层，它们决定火焰的结构和运动。回流区与剪切层空间和时间上脉动，形成强湍流和温度脉动区域，该区域火焰大尺度脉动，反应剧烈区域，火焰脉动，是维持振荡的原因之一。与V型稳定器比较，蒸发式稳定器的回流区由于影响因素较多，旋涡脱落与火焰面的脉动更为复杂，更容易产生不稳定热释放进而导致燃烧不稳定性。来流速度脉动对于流场的结构变化有一定影响，来流速度的脉动频率与燃烧室本征频率相近时，会加剧涡脱落的紊乱程度，火焰面脉动与放热脉动都会受到影响。发动机地面试验部分通过动态压力测量系统采集燃烧室内的动态压力，研究了中空条件下燃烧室压力脉动，实验结果表明：在双环供油的点火状态都发生了较大幅度的压力脉动现象，相对幅值在4.5%左右；当点火后切换到单环供油或双环供油时，燃烧室压力脉动特性不同，双环供油时，在进行的几个α=1.8～3.3范围内，压力脉动的频率基本在322～356Hz范围内；而单油环供油时，主要模态是290Hz,接近熄火边界时的压力脉动没有明确的频率。并通过模态分做了计算与试验的误差分析，改进了火焰非稳态放热模型，并预测了低、高空条件下的燃烧室压力脉动特性，计算结果表明在低余气系数工况发动机容易发生幅值较大的压力脉动。