本书研究开发一种在超声速/高超声速范围内运行的高速超燃冲压喷气式发动机,以用于各种航空与航天运输工具中。本书清晰阐述了超燃冲压发动机的基本结构、组件、工作周期及相关的控制方程,重点关注高效的空气燃料燃烧、燃烧的基本原理及获得最佳燃烧效率的策略。此外,本书还概述了当空气以超声速流入时,达到化学平衡所需的空气燃料比及保持火焰、燃烧稳定的方法。
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丛书序
系列序
原著中文版致谢
第1章 介绍1
1.1 背景和动机/1
1.2 简史一瞥/2
1.3 超燃冲压发动机的基本结构和布局/4
1.4 超声速燃烧下超燃冲压发动机面临的挑战/6
1.5 应对燃烧困难的策略/6
1.6 超声速燃烧冲压喷气发动机的燃料喷注器/7
1.6.1 壁喷注/7
1.6.2 带支板的壁喷注/8
1.6.3 斜坡喷注/9
1.6.4 支板喷注/10
1.7 热力循环/11
1.8 控制方程/12
1.8.1 质量守恒/12
1.8.2 动量守恒/13
1.8.3 能量守恒定律/13
1.8.4 元素守恒/14
1.8.5 状态方程/14
1.8.6 傅里叶传热定律/14
1.8.7 剪切应力/15
参考文献/15
第2章 超燃冲压发动机燃烧机理20
2.1 介绍/20
2.2 超声速流中的化学动力学/20
2.2.1 氢气空气的反应机理/21
2.2.2 具有简化机制的氢气空气燃烧/22
2.2.3 烃类反应机理/22
2.3 与超声速燃烧有关的基本术语/23
2.3.1 当量比/23
2.3.2 阿伦尼乌斯定律/24
2.3.3 燃烧性能/24
2.4 超声速燃烧中使用的燃料/25
2.4.1 为什么选择氢气燃料/26
2.4.2 氢气燃料面临的挑战/27
2.5 燃料空气混合策略/27
2.5.1 提升掺混效率的思路/28
2.5.2 混合程度的估计/34
2.6 湍流燃烧/34
参考文献/36
第3章 影响超燃冲压发动机性能的因素41
3.1 介绍/41
3.2 潜在的火焰稳定器/41
3.3 基于支板的超燃冲压发动机燃烧室的燃烧稳定性/42
3.3.1 燃料点火延迟/42
3.3.2 主要的点火方式/43
3.3.3 火焰稳定的判据/44
3.3.4 基于支板的超燃冲压发动机燃烧室的火焰特性/45
3.4 火焰传播机制/47
3.4.1 火焰传播过程中的回火特性/47
3.4.2 由火焰传播引起的超燃冲压发动机燃烧室内的模式转变/47
3.5 壁面凹腔燃烧/48
参考文献/51
第4章 超燃冲压发动机燃料喷注技术研究进展54
4.1 支板喷注/54
4.1.1 支板布局对超燃冲压发动机燃烧室性能的影响/55
4.1.2 多支板燃料喷注方案/58
4.1.3 支板+凹腔喷注方案/60
4.1.4 支板+壁面喷注方案/64
4.2 斜坡喷注法/66
4.3 凹腔喷注法/71
4.3.1 凹腔稳燃器及其对燃料喷注和超声速掺混的影响/72
4.3.2 反应流场/76
4.3.3 稳定性极限/84
4.3.4 凹腔基燃烧器中的振荡现象/87
4.3.5 双腔超燃冲压发动机的最新进展/91
4.4 横向喷注法/92
4.4.1 多点喷注方案/99
4.4.2 包含涡流发生器的横向喷注/104
4.5 新兴冲压发动机技术/107
4.5.1 激波诱导燃烧冲压喷气发动机/107
4.5.2 斜爆轰波发动机/108
4.5.3 火箭基组合循环发动机/109
参考文献/111
第5章 未来研究的路线图132
5.1 支板设计的挑战/132
5.2 支板喷注相关的问题/133
5.3 横向注入技术的未来研究策略/134
第6章 模拟超声速流动的计算方法介绍135
6.1 超燃冲压发动机流场的湍流模拟/135
6.1.1 Reynolds平均和Favre平均/136
6.1.2 标准kε模型/138
6.1.3 RNG kε模型/139
6.1.4 SST kω湍流模型/140
6.1.5 LES湍流模型/141
6.2 模拟单支板超燃冲压发动机燃烧的计算方法/142
6.2.1 几何与网格规范/142
6.2.2 网格生成与加密研究/142
6.3 数值模拟与模拟细节/144
6.3.1 控制方程/144
6.3.2 燃烧室建模/144
6.3.3 边界条件/144
6.4 单支板超燃冲压发动机燃烧室的验证性研究/145
参考文献/149