一种旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法

本发明属于发动机设计，具体涉及一种旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法。

背景技术：

1、高超声速飞行器是未来军民用航空器的发展方向，在mach>2的速域内传统涡轮航空发动机的优势渐颓，目前冲压发动机是实现高超声速飞行器的首要关键技术，也是21世纪以来世界各国争先发展的前沿技术领域之一。

2、与传统的冲压发动机相比，由于旋转爆轰对来流的宽范围适应性，使得旋转爆轰冲压发动机的工作范围更宽，稳定性更好。相对于冲压发动机的体燃烧，旋转爆轰发动机是面燃烧，可在很短的燃烧室内完成燃烧释热。此外，沿与流向垂直的圆周方向的动态传播，增加了燃烧的稳定性，有效拓宽采用旋转爆轰燃烧室的冲压发动机的工作范围。同时，爆轰燃烧还具备的自增压、热释放速率高等优势，能够在更加简化的燃烧室内就可以实现完全释热，大大弥补因燃烧室内部复杂流场造成压力损失的缺陷，对于发动机构型的轻量化设计也具有一定优势。以旋转爆轰取代现有冲压发动机的燃烧模式，可能成为未来冲压发动机的发展方向。目前对于吸气式的爆轰发动机主要集中在斜爆轰发动机方向，对于旋转爆轰发动机的研究相对较少。

3、对于发动机研制任务而言，在初步设计论证阶段快速有效地开展概念设计，确定相应的技术指标和子部件配置等，能够大大缩短研制周期、降低研制风险，因此建立便捷可靠的旋转爆轰冲压发动机总体性能参数的快速评估方法对于旋转爆轰冲压发动机的研制是十分有必要的。

技术实现思路

1、为给旋转爆轰冲压发动机的设计研制提供一定支撑，考虑到旋转爆轰冲压发动机内复杂的流动过程以及进-发流量匹配问题，本发明提供了一种旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法。该快速评估方法在发动机轴向流动过程中，考虑到高速来流(空气)、燃料、燃烧产物的变比热比特性以及燃料/空气混合气在掺混、点火时的冻结/平衡状态。并在发动机子部件层面考虑到实际流动损失，通过设置损失因子来修正发动机内流截面计算结果，以使发动机总体性能参数计算结果更接近实际。

2、实现本发明的技术解决方案为：一种旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法，步骤如下：

3、步骤1：根据设计要求，输入初始参数。

4、步骤2：根据初始参数，计算来流气体参数及进气道出口气体参数。

5、步骤3：根据进气道出口气体参数，结合第一简化假设，计算隔离段出口气体参数。

6、步骤4：根据隔离段出口气体参数，结合燃油初始状态，计算燃油喷注掺混段出口气体参数。

7、步骤5：基于第三简化假设构建旋转爆轰燃烧室模型，由掺混段出口气体参数计算稳定旋转爆轰、进发匹配情况下燃烧室出口气体参数。

8、步骤6：建立尾喷管自适应工作模型，由燃烧室出口气体参数计算尾喷管出口气体参数。

9、步骤7：由进气道入口相关参数、尾喷管出口相关参数及燃料流量计算发动机总体性能参数。

10、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本发明仅需以旋转爆轰冲压发动机所在飞行条件、发动机几何参数及进气道特性参数为输入参数，便可快速预估发动机总体性能参数；同时，本发明充分考虑发动机内流场变比热并可结合子部件流动损失情况修正计算结果，以使计算所得发动机内流截面流动参数较为可靠，可作为发动机子部件研制的初步指标依据之一。

11、(2)相较于传统定比热比计算模型、经验公式计算模型，本发明建立了旋转爆轰冲压发动机部组件性能和整机性能的计算分析方法，计算过程简洁，不依赖复杂的数学推导，适合旋转爆轰冲压发动机方案设计初期的参数选择和迭代优化，以及初步的工程估算。此外，可以依据子部件实验、数值仿真等结果修正损失因子，得以快速便捷可靠地获取更贴近实际的发动机总体性能参数预估结果，能够为高超声速飞行器及其推进技术性能分析提供支撑。

技术特征：

1.一种旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法，其特征在于，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法，其特征在于，步骤1中，初始参数包括：飞行条件、发动机关键几何参数、进气道特性参数、当量比φ、燃油初始状态；其中，

3.根据权利要求1所述的旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法，其特征在于，步骤2中，所述来流气体参数包括来流气体流动参数、来流气体物性参数和来流气体状态参数；进气道出口气体参数包括进气道出口气体流动参数、进气道出口气体物性参数和进气道出口气体状态参数；

4.根据权利要求2所述的旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法，其特征在于，步骤3中，隔离段出口气体参数包括隔离段出口气体流动参数、隔离段出口气体物性参数和隔离段出口气体状态参数；

5.根据权利要求4所述的旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法，其特征在于，步骤3中，根据进气道出口气体参数，结合第一简化假设，计算隔离段出口气体参数，具体如下：

6.根据权利要求5所述的旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法，其特征在于，步骤4中，根据隔离段出口气体参数，结合燃油初始状态，计算燃油喷注掺混段出口气体参数，所述掺混段出口气体参数包括掺混段出口气体流动参数、掺混段出口气体物性参数和掺混段出口气体状态参数，具体如下：

7.根据权利要求6所述的旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法，其特征在于，步骤5中，燃烧室出口气体参数包括燃烧室出口气体流动参数、燃烧室出口气体物性参数和燃烧室出口气体状态参数；

8.根据权利要求7所述的旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法，其特征在于，步骤5中，基于第三简化假设构建旋转爆轰燃烧室模型，由掺混段出口气体参数计算稳定旋转爆轰、进发匹配情况下燃烧室出口气体参数，具体如下：

9.根据权利要求8所述的旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法，其特征在于，步骤5.4中，斜激波后气体参数周向分布曲线包括斜激波后压力周向分布曲线ps2(x)、斜激波后温度周向分布曲线ts2(x)；

10.根据权利要求9所述的旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法，其特征在于，步骤6中，尾喷管出口气体参数包括：尾喷管出口静压p7、尾喷管出口静温t7、尾喷管出口流速u7；

11.根据权利要求10所述的旋转爆轰冲压发动机总体性能的快速评估方法，其特征在于，步骤7中，由进气道入口相关参数、尾喷管出口相关参数及燃料流量计算发动机总体性能参数，具体如下：

技术总结本发明公开了一种旋转爆轰冲压发动机总体性能的的快递评估方法，该计算方法以冲压进气道顺利起动、进‑发流量匹配、发动机稳定工作作为前置约束条件，以飞行条件、发动机关键几何参数以及进气道的特性参数等作为输入参数，基于化学反应动力学计算气流沿程变化及爆轰燃烧过程。通过燃烧室入口壅塞比、燃烧室与隔离段压力匹配的迭代计算，实现气动参数及热力学参数的守恒，并设有损失因子修正计算结果。最后，可获取发动机总体性能参数(推力、比冲)，以及主要内流截面的详细气动参数及热力学参数。本发明计算快速可靠，可获取发动机各部件性能参数，有助于旋转爆轰冲压发动机工程化应用，为高超声速飞行器及其推进技术性能分析提供技术支撑。技术研发人员：武郁文,江堂,翁春生受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5