發(fā)動機(jī)中的關(guān)鍵流體力學(xué)問題專題序

連歡

(中國科學(xué)院力學(xué)研究所高溫氣體動力學(xué)國家重點實驗室,北京 100190)

化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)通過燃料與氧化劑燃燒,將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)動能,使機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動或形成高速射流產(chǎn)生沖量而產(chǎn)生動力.其中,吸氣式發(fā)動機(jī)利用稠密大氣中的氧氣,大幅降低氧化劑攜帶需求,具有較高的能源轉(zhuǎn)換效率;增壓式發(fā)動機(jī)依靠自身增壓系統(tǒng)實現(xiàn)燃料和/或氧化劑增壓輸運(yùn),具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性.針對多種天地活動需求,不同的動力循環(huán)方式有效支撐了各類運(yùn)載任務(wù),是運(yùn)載系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一.

發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)以氣體動力學(xué)為基礎(chǔ),發(fā)動機(jī)燃燒室/推力室以多相反應(yīng)流體力學(xué)和燃燒化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)為基礎(chǔ);針對發(fā)動機(jī)內(nèi)進(jìn)氣壓縮、摻混、點火、燃燒、排氣做功等工作過程,可分別提煉出多項流體力學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)問題.化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈長,覆蓋面廣,對國家安全和國民經(jīng)濟(jì)均有重要保障和帶動效能,流體力學(xué)基礎(chǔ)問題研究對科技創(chuàng)新體系具有策源作用.

因此,《力學(xué)學(xué)報》組織了“發(fā)動機(jī)中的關(guān)鍵流體力學(xué)問題”專題,包括2 篇綜述、6 篇研究論文.由于專題篇幅有限,“發(fā)動機(jī)中的關(guān)鍵流體力學(xué)問題”科學(xué)內(nèi)涵廣泛,本次專題僅粗略涵蓋了航空發(fā)動機(jī)、沖壓發(fā)動機(jī)、火箭發(fā)動機(jī)三種類型發(fā)動機(jī)中的部分流體力學(xué)問題.希望專題能夠促進(jìn)學(xué)術(shù)交流,供相關(guān)學(xué)者和技術(shù)人員參考,使發(fā)動機(jī)中的關(guān)鍵流體力學(xué)問題得到持續(xù)研究和關(guān)注.

專題具體包括:

(1)航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)流動穩(wěn)定性

許登科等撰寫的《壓氣機(jī)流動穩(wěn)定性自適應(yīng)控制方法研究進(jìn)展》論文,綜述了航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)流動穩(wěn)定性自適應(yīng)控制方法領(lǐng)域的相關(guān)進(jìn)展,主要包括壓氣機(jī)流動穩(wěn)定性通用理論、壁面阻抗邊界擴(kuò)穩(wěn)方法、在線實時失速預(yù)警方法和自適應(yīng)擴(kuò)穩(wěn)控制方法.為未來智能航空發(fā)動機(jī)提供了一種自適應(yīng)擴(kuò)穩(wěn)控制關(guān)鍵技術(shù).

(2)航空發(fā)動機(jī)燃燒熱聲振蕩

甘振鵬和楊東撰寫的《帶冷卻氣流的亥姆霍茲共振器的聲類比模型》論文,針對作為航空發(fā)動機(jī)燃燒室典型被動消聲裝置的亥姆霍茲共振器,建立了預(yù)測帶有冷卻氣流的亥姆霍茲共振器安裝于一維聲學(xué)管道消聲性能的理論新模型.該模型基于聲類比思想,引入帶有源項的波動方程,有效區(qū)分了熵擾動和聲擾動引起的聲源項.

(3)超燃沖壓發(fā)動機(jī)仿真

孫明波等撰寫的《超燃沖壓發(fā)動機(jī)仿真:從數(shù)值飛行到數(shù)智飛行》論文,綜述了基于內(nèi)外流一體化仿真和疊加多物理場的數(shù)值仿真技術(shù)現(xiàn)狀,展望了人工智能在數(shù)值仿真技術(shù)方面的應(yīng)用前景,在新一代發(fā)展時期進(jìn)行了創(chuàng)新研究范式前沿探索.

(4)多級壓縮乘波體設(shè)計

鄭曉剛等撰寫的《基于局部偏轉(zhuǎn)吻切方法的多級壓縮乘波體設(shè)計》論文,針對常規(guī)單級壓縮乘波體前體壓縮量不足的問題,基于局部偏轉(zhuǎn)吻切方法提出一種多級壓縮乘波體設(shè)計方法,為復(fù)雜外形條件下的高超聲速飛行器設(shè)計提供新的思路,是吸氣式?jīng)_壓發(fā)動機(jī)與乘波體飛行器之間高效一體化設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù).

(5)超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃燒組織

時文等撰寫的《乙烯燃料超燃燃燒室流動特性與燃燒穩(wěn)定性研究》論文,基于紋影、激光誘導(dǎo)熒光、化學(xué)自發(fā)光高速攝影等高時間分辨率測量方法,系統(tǒng)研究了多種噴注方式條件下乙烯燃料火焰動態(tài)變化過程,獲得了先鋒氫條件下乙烯燃料燃燒組織規(guī)律.

(6)高馬赫數(shù)推進(jìn)技術(shù)

何粲等撰寫的《飛行Ma12 條件超燃發(fā)動機(jī)流場及燃燒特征分析》論文,為提高高馬赫數(shù)發(fā)動機(jī)數(shù)值模擬能力,對AHL3 D 軟件計算方法進(jìn)行了可壓縮性修正,基于修正模型開展了高馬赫數(shù)發(fā)動機(jī)計算仿真,獲得了飛行Ma12 條件燃燒室三維波系以及燃燒性能特征.

(7)激波與爆轟物理

韓信等撰寫的《提高高馬赫數(shù)超燃沖壓發(fā)動機(jī)推力的理論方法》論文,對超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)的爆燃波傳播特性以及提高發(fā)動機(jī)工作馬赫數(shù)的方法進(jìn)行了理論研究,探討了斜爆轟以及激波誘導(dǎo)燃燒發(fā)動機(jī)在高馬赫數(shù)發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用前景.

(8)液體燃料火箭發(fā)動機(jī)霧化機(jī)理

關(guān)新燕等撰寫的《Oldroyd-B 黏彈性液滴碰撞過程的數(shù)值模擬》論文,針對聚合物膠凝劑霧化產(chǎn)生黏彈性液滴的問題,對兩個等體積黏彈性液滴的碰撞行為進(jìn)行了直接數(shù)值模擬研究,給出了松弛時間、黏度比、韋伯?dāng)?shù)和碰撞因子對黏彈性液滴碰撞過程的影響規(guī)律.