摘要：为了探究射流预冷涡扇发动机的热力性能,采用部件法建立了发动机的数学模型,开展了针对设计点处加力燃烧室燃料转化率对预冷效果影响的研究,分析了沿特定飞行轨迹不同来流工况下发动机喷水后的性能变化规律。结果表明:采用进气道喷水冷却能够有效提升发动机性能。在Ma=2.8设计点工况下,燃料转化率增加使燃烧更充分,喷水量为4%,燃料转化率从0.8增加至0.96,比冲由20 057 s增加至22 998 s,耗油率由0.179 kg/(h·N)降低至0.156 kg/(h·N)。在沿飞行轨迹Ma=2~3.2的过程中,射流预冷在Ma=2.4~2.8范围内对推力等整体性能的改善效果最佳。为避免来流空气进入风扇压缩时液滴的干扰,随着Ma的增加,水气比的最大值逐渐增大;当Ma>2.8时,在水气比1%~6%范围内,比冲快速上升,在水气比超过6%后,比冲上升程度减缓;对于Ma=3.2工况,水气比低于2%时,比冲因加力燃烧室燃烧效率的提升而有一定的提升,水气比达4%以后,过量水会影响加力燃烧室燃料的雾化蒸发和掺混,导致燃烧效率降低,比冲下降。

摘要：为了研究射流预冷技术对预压段温度场的影响,采用欧拉-拉格朗日方法建立了液滴雾化蒸发过程的三维数学模型.气液两相之间的传质和动量交换是通过双向耦合的方法实现的.通过与已有试验结果的比较,验证了该数学模型的准确性.采用响应面法分析了水气比、喷射速度、液滴尺寸和喷嘴锥角对航空发动机进气温度的影响,建立了四因素三水平响应面法.结果表明:发动机进气空气温度的降温比为3.67%~26.02%.建立了基于多元回归方法的可视化非线性多变量设计优化方程,得到了水气比、喷射速度、液滴尺寸和喷嘴锥角对进气冷却效果的影响.当水气比为0.08、液滴尺寸为10.47 µm、喷射速度为39.52m/s、喷嘴锥角为24.79°时,发动机最低预压缩冷却段温度为449.60 K.

摘要：为了探究采用射流预冷技术之后加力燃烧室性能,开展了不同喷嘴布置方案、喷水量和来流温度对预冷效果的影响研究。对射流预冷发动机工作过程进行了简化,建立了加力燃烧室进口前段射流预冷喷水特性计算的数学模型。同时搭建了小型试验台,通过与试验结果的比对验证了该模型的准确性,并利用该模型对射流预冷效果进行了仿真预测。结果表明:提高喷嘴数量与布置均匀性能够小幅度改善预冷效果;当来流温度不变时,射流预冷喷射腔室出口处的液态水蒸发量随着喷水量的增加而提高,但蒸发率却处于下降的趋势;当喷水量达到2%时,加力燃烧室燃烧效率对比不喷水工况会有一定的提升;喷水量达到4%以后,加力燃烧室出口温度及燃烧效率随着喷水量的提高而降低;喷水量大于8%以后,恶化了加力燃烧室(V型火焰稳定器)贫油熄火极限与燃烧效率;喷水量达到最大10%时,油气比需从原来设计工况的0.052上升到0.064才能保持稳定点火且对比不喷水时工况,加力燃烧室出口温度由1860K下降到1373K,燃烧效率由80.2%下降到69.2%。

摘要：针对高马赫数高温条件下飞机进气道射流预冷问题,本文建立了真实飞机全尺寸进气道-射流预冷装置一体化数值计算模型,通过控制变量法分析了进气流量、进气温度及射流流量对射流预冷装置性能的影响规律,发现进气流量与降温量呈负相关,与蒸发效率和温场均匀性呈正相关;进气温度与降温量、蒸发效率及温场均匀性均呈正相关;射流流量与降温量呈正相关,与蒸发效率及温场均匀性呈负相关。研究结果表明,在相同进气状态下,此飞机进气道的特殊构型会导致降温量和蒸发效率曲线在蒸发距离为2500mm处存在拐点。在此基础上,进一步提出了一种基于试验设计法(Design of experiment,DOE)评估进气道出口总温的评估方法,与试验结果对比发现该方法可将误差控制在5%以内。因此,采用该方法进行进气道出口总温预估是有效的。

摘要：针对航空发动机射流预冷试验中气流温度难以测量的问题,设计了1种温度探针,并提出了测温方法,给出了计算气流总温的修正公式。在射流预冷试验台上开展了试验验证,该试验台具有加温、喷射冷却水、使用温度探针测量喷水后混合气流温度的能力。测温试验结果表明:除临近机匣内壁面的测点外,当水气比小于5.5%时,温度探针的测点不遇水。为验证测量方法的准确性,在不同水气比条件下对测量结果与数值模拟结果的偏差进行了比较,并针对截面平均总温的偏差建立拟合曲线。比较结果表明:当水气比在3%以下时,测试结果与模拟结果基本吻合,证明了本测试方法具有可行性。

摘要：为解决射流预冷试验中遇到的常规带罩温度探针接点遇水问题,基于气液两相流环境设计了1种防水温度传感器。通过设计滤水和隔热结构,避免了水对测量结果的干扰。现场校准试验结果表明:在100～450℃,该传感器的测温值比常规带罩温度探针的低1.0%～1.1%。射流预冷试验结果表明:防水传感器在一定水气比下是有效的;与常规带罩温度探针反向测试的截面平均总温估算值对比表明,在来流343.3℃、水气比5.5%的工况下,在雾化充分的测量截面,剔除个别遇水测点,防水传感器测温值明显比热电偶的高,差值最高达11.8%。,说明防水传感器可以有效减小传热误差。

摘要：为加速中国射流预冷技术的研究,设计了1套基于高马赫数的射流预冷试验装置。对试验装置需满足的功能流程和设计需求进行了识别,明确了试验装置的组成;对试验段和水系统的结构进行了详细设计,提出了直杆型和圆环型2种不同喷杆布局的射流段,并对使用2种射流段时试验段的流场均匀性进行了分析,认为直杆型射流段的温度场和压力场分布更加均匀;选取几种典型的试验工况,对所设计的试验装置进行了温降特性、总压恢复系数以及流场均匀性等试验验证。结果表明:试验装置总体运行良好,结构设计合理,能够完成全工况下的射流预冷试验,其温降特性、总压恢复系数和流场均匀性符合试验预期,研究成果对中国航空领域射流预冷发动机的研制具有指导意义。

摘要：国内外已开展大量射流预冷涡轮发动机技术研究和验证,并已证实射流预冷涡轮发动机的技术可行性,采用射流预冷技术后可有效扩展现有涡轮发动机工作范围并提升性能,射流预冷发动机将极大地支撑后续高速/高超声速飞行器动力技术的研究和发展。本文对国内外射流预冷涡轮发动机技术的研究情况进行了综述,在此基础上,提出需深入研究的问题,并对射流预冷涡轮发动机发展前景进行分析。

摘要：射流预冷技术是当前高超声速飞行器用发动机的研究热点。对射流预冷涡轮风扇发动机的热力性能进行研究,在常规涡轮风扇发动机中加入喷水系统,建立射流预冷涡轮风扇发动机性能计算模型,给定高度和控制规律,分析喷水比和飞行马赫数对射流预冷涡轮风扇发动机性能的影响。研究结果表明,射流预冷装置在高飞行马赫数下可以有效提升涡轮风扇发动机的推力和比冲,扩展工作范围。对于不同的飞行马赫数,存在最佳喷水比,使射流预冷涡轮风扇发动机的推力最优,并且控制规律受喷水比影响。

摘要：介绍了场景分析在射流预冷水系统方案设计中的应用,通过在设计流程中引入场景建模及分析,能够更准确地完成射流预冷水系统的功能定义及需求定义,指导开展射流预冷水系统方案设计工作,起到规避设计风险和提高设计质量的作用。