固体燃料超声速燃烧特性及燃面推移规律研究

Study of solid-fuel scramjet is the forefront of hypersonic vehicle technology research. Under supersonic crossflow，the combustion characteristics of solid-fuel determine the formation rate of the decomposition products of fuel, which has a direct impact on the engine design parameters 、structure size、selection of propellant and structural design for stable flame. Therefore, the problems in the solid-fuel supersonic combustion represent the strategic high ground of this cross area between mechanical and thermal physics. Due to the hauling of this problem, any breakthrough will contribute to the tremendous progress of combustion and flow field, and will directly determine the competitive advantage of solid-fuel scramjet engine technology. Using solid-fuel scramjet as the background and on the basis of analyzing the current solid-fuel combustion characteristics and regression law, this project will focus on high-speed flow field of solid-fuel combustion mechanism. Also, it will carry out the theoretical modeling and numerical study of the thermal behavior of solid-fuel under a supersonic flow and regression law, And then ,it will explore the establishment of the numerical models and simulation methods for solid-fuel supersonic combustion, which can be used to guide experimental research and engineering development.

固体燃料超燃冲压发动机是当前高超声速飞行器推进技术研究的前沿。超声速燃烧情况下固体燃料的燃烧特性决定了发动机工作时燃料分解产物的生成速率，直接影响到发动机参数设计、结构尺寸、推进剂选择以及火焰稳定结构设计等问题。因此，固体燃料超声速燃烧流动问题代表着这一力学与热物理学交叉领域的战略制高点。任何突破都将由于该问题的牵引性而促成燃烧流动领域的巨大进步，并将直接决定固体燃料超燃冲压发动机技术的竞争优势。项目以航空航天推进系统中新型的固体燃料超燃冲压发动机为背景，在对当前固体燃料燃烧特性及燃面推移规律的进行分析的基础上，围绕高速流场内固体燃料燃烧机理及燃面推移规律等基本问题，开展超声速流动环境下固体燃料受热行为、燃面推移规律等的理论建模和数值研究；探索建立定性正确、定量可依用于设计的固体燃料超声速燃烧的数值模型与模拟方法，进而用于指导实验研究和工程研制。

以航空航天推进系统中新型的固体燃料超燃冲压发动机为背景，深入研究了固体燃料超声速燃烧特性及燃面推移规律。首先，调研了超燃冲压发动机的工作环境，在此基础上建立了在超声速流场中固体燃料燃面推移理论模型，提出了适用于固体燃料超声速燃烧的准一维数值计算模型。然后，根据理论模型建立了相应的数值分析方法，研究了不同参数对固体燃料超声速燃烧特性的影响，开展了固体燃料超声速燃烧自点火过程和火焰稳定性研究，分析了基于动网格的固体燃料燃面推移规律。最后，建立了固体燃料超燃冲压发动机试验台，开展了固体燃料超声速燃烧的相关试验研究，并与数值模型结果进行对比验证，进一步完善固体燃料超声速燃烧流场数值模拟方法。项目成果可为固体燃料超声速燃烧特性及燃面推移规律研究提供理论与试验依据，进而用于指导试验研究和工程研制。