● 摘要
超燃冲压发动机是实现高超声速飞行最为理想的动力形式之一，应用前景十分广阔，世界上许多国家正在积极进行超燃冲压发动机的研究。但是由于超燃冲压发动机技术上的巨大难度，使得至今没有一种使用超燃冲压发动机为推进动力的飞行器投入使用。在超燃冲压发动机众多关键技术中，燃烧室技术是其中的难点，也是国内外研究的重点。由于超燃冲压发动机燃烧室中气流超声速流动的特点，要想在其中实现燃料的点火和稳定燃烧是十分困难的，特别是液体燃料。本文在北航超燃冲压发动机直联式试验台上，以煤油为燃料，采用不同的点火和火焰稳定方式，对其在超声条件下的燃烧性能进行了深入研究。试验中使用了三种不同长深比的凹槽火焰稳定器和多种直径的煤油直喷喷嘴，煤油当量比 ，点火用引导氢当量比 =0.53，在多种工况下均实现了煤油的成功点火和稳定燃烧。通过测量燃烧室壁面静压分布比较不同工况下煤油的燃烧性能。研究中发现：凹槽在燃烧室内制造了低速区，增加了煤油在燃烧室内的停留时间，这对煤油的点火和稳定燃烧起到了主要作用；凹槽长深比越大越有利于煤油的点火，长深比为9的凹槽能在无引导氢条件下实现煤油自燃点火；试验使用的三种长深比凹槽均有较好的火焰稳定效果，煤油燃烧时燃烧室壁面压力平稳；煤油当量比是影响煤油燃烧性能的最主要因素；在煤油当量比相同的条件下，较高的喷注压力能够提高煤油的燃烧性能。 在以上研究结果的基础上，使用气泡雾化喷嘴，在煤油当量比 为0.97和0.33下进行了煤油的超声速燃烧试验。试验中分别加入氢气、空气和氮气作为起泡气体，在多种工况下实现了煤油的成功点火和稳定燃烧。研究发现：通过气泡雾化喷嘴加入少量氢气，由于氢气进入燃烧室后迅速自燃释放热量，能够提高煤油的燃烧性能，使得煤油能够在不使用凹槽火焰稳定器的条件下稳定燃烧。而加入空气和氮气由于其吸收了燃烧室中的热量，导致煤油燃烧性能下降。以上试验说明热量的加入能够在很大程度上提高煤油的燃烧性能。试验中还发现，由于使用气泡雾化喷嘴而带来的煤油雾化效果的改善对其燃烧性能的改善十分有限。