宽速域超燃冲压发动机流动燃烧过程研究进展

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28696

综述

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宽速域超燃冲压发动机流动燃烧过程研究进展

纪鉴恒, 蔡尊(), 王泰宇, 孙明波, 王振国

国防科技大学高超声速技术实验室，长沙 410073

收稿日期:2023-03-14 修回日期:2023-04-17 接受日期:2023-05-05 出版日期:2024-02-15 发布日期:2023-05-17
通讯作者: 蔡尊 E-mail:caizun1666@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(12272408)

Flow and combustion process for wide speed range scramjet: Review

Jianheng JI, Zun CAI(), Taiyu WANG, Mingbo SUN, Zhenguo WANG

Hypersonic Technology Laboratory，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China

Received:2023-03-14 Revised:2023-04-17 Accepted:2023-05-05 Online:2024-02-15 Published:2023-05-17
Contact: Zun CAI E-mail:caizun1666@163.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(12272408)

摘要/Abstract

摘要：

随着对未来高超声速飞行器机动飞行需求的不断提升，发展宽速域超燃冲压发动机技术显得尤为重要，而宽范围来流条件将使得燃烧室内的流动、混合及燃烧等过程产生显著变化。尤其是超声速燃烧主要由混合过程所主导，呈现为典型的扩散火焰，来流条件的变化对燃料输运及混合过程影响极大，混合状态的改变进而会引起燃烧不稳定等一系列非稳态燃烧现象。本文对宽速域超燃冲压发动机流动燃烧过程进行了综述分析。首先，对超燃冲压发动机基本工作过程及应用进行了简要介绍；然后，分别论述了国内外关于低马赫数来流、高马赫数来流以及宽速域来流典型条件下超声速流动燃烧过程中亟待解决的关键问题和研究进展；最后，进行了总结并对后续研究提出了建议。

关键词: 宽速域, 超燃冲压发动机, 超声速燃烧, 低马赫数, 高马赫数

Abstract:

The increasing demand for future hypersonic vehicle maneuvers heightens the importance of the wide speed range scramjet technology development. However， the wide-range inflow conditions will cause significant changes in the flow， mixing， and combustion processes. In particular， supersonic combustion is a typical diffusion flame dominated by the mixing process， and changes in the inflow conditions have a considerable impact on the fuel transport and mixing process， which can lead to a series of unsteady combustion phenomena. This paper reviews and analyzes the flow and combustion process of the wide speed range scramjet. Firstly， the basic working process and applications of scramjets are briefly introduced. Then the key problems in and research on the supersonic flow and combustion process with the low Mach number inflow， high Mach number inflow and wide speed range inflow at home and abroad are discussed， followed finally by a summary and suggestions for follow-up research.

Key words: wide speed range, scramjet, supersonic combustion, low Mach number, high Mach number

中图分类号:

V235.21

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图/表 33

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147	叶舒然，张珍，王一伟，等. 基于卷积神经网络的深度学习流场特征识别及应用进展［J］. 航空学报， 2021， 42（4）： 524736.
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E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

文献	研究方法	马赫数	总压/MPa	总温/K
蔡尊等^［33］	试验研究，数值仿真	2.92	2.6	1 530
冯戎等^［34］	试验研究	2.92	2.6	1 650
张军龙等^［35］	试验研究	2.0		1 165
汪洪波等^［36-37］	试验研究，数值仿真	2.52	1.6	1 486
李建平等^［38-39］	试验研究，数值仿真	2.0	0.52	700
田野等^［40-41］	试验研究，数值仿真	2.0	1.0	1 100
罗飞腾等^［42］	数值仿真	2.0	0.815	820
石磊等^［43］	数值仿真	1.8
杨庆春等^［44］	试验研究，数值仿真	2.0		1 270
黄伟等^［45］	数值仿真	2.05	2.9	1 900
尤厚丰等^［46］	数值仿真	2.0	1.0	2 000
安彬等^［47］	试验研究	2.92	2.6	1 650
邓维鑫^［48］	试验研究，数值仿真	2.0~3.0	0.8	937
熊鹏飞等^［49］	试验研究	2.0	0.82	950
石海涛等^［50］	数值仿真	1.6	0.241	295
Anvekar等^［51］	数值仿真	1.5~5	1.18~1.85

文献	研究方法	马赫数	静压/kPa	静温/K
Petty等^［87］	数值仿真	5.7	6	1 000
Suraweera和Smart^［88］	试验研究	7.6	3.3	371
Doherty等^［89］	试验研究，数值仿真	10.4	0.64	213
Landsberg等^［90］	数值仿真	9.48	0.97	361
Bricalli等^［91］	数值仿真	7~12	1~3	227
Moura等^［92］	数值仿真	10.4		213
Mathur等^［93］	试验研究	3~4	80~250
杨庆春等^［94］	理论分析	4~6		223
Liu等^［95］	试验研究	4.5
Mecklem等^［96］	数值仿真	4	20	770
Brieschenk等^［97］	试验研究		0.72~0.96	325~820
Capra等^［98］	数值仿真	6.44	8.99	446
Koo等^［99］	数值仿真	2.32	57.76
Fiévet等^{［100–102］}	数值仿真	8.0	1.2	300
Landsberg等^［103］	数值仿真	9.18	1.2	387

文献	研究方法	马赫数	总压/MPa	总温/K
连欢等^［115］	试验研究	5.0~6.0	1.47~ 1.89	1 249~ 1 648
Landsberg等^［116］	数值仿真	2.6~5.3
Arakawa等^{［117-118］}	试验研究	2.5	0.54	2 200
Rockwell等^［119］	试验研究，数值仿真	2.0	0.3	1 200
Barth等^［120］	试验研究，数值仿真	9.15	0.051
张旭等^［121］	试验研究	4.3	12	3 800
Rodriguez^［122］	数值仿真	2.0		1 632
浮强等^［123］	试验研究	2.0	1.05	885~ 1 285
Curran等^［124］	数值仿真	6.6	0.044
孟宇等^［125］	试验研究	2.4~2.9	1.47~ 1.98	1 228~ 1 686
张军龙等^［126］	试验研究	1.2~2.8		550~ 1 680
Qiu等^［127］	数值仿真	2.0~6.0	0.734~ 1.64	550~ 1 680
Feng等^{［128-129］}	数值仿真	3.0	1.68	1 505
王友银等^［130］	数值仿真	4.0~7.0	1.68	1 505

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[10]	凌文辉, 牟春晖, 聂聆聪, 杜宪, 孙希明. 基于改进DDPG的宽速域几何可调燃烧室压力分布控制[J]. 航空学报, 2025, 46(12): 131092-131092.
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[12]	陈树生, 冯聪, 张兆康, 赵轲, 张新洋, 高正红. 基于全局/梯度优化方法的宽速域乘波-机翼布局气动设计[J]. 航空学报, 2024, 45(6): 629596-629596.
[13]	刘小勇, 王明福, 刘建文, 任鑫, 张轩. 超燃冲压发动机研究回顾与展望[J]. 航空学报, 2024, 45(5): 529878-529878.
[14]	刘明奇, 韩忠华, 杜涛, 许晨舟, 曾涵, 张科施, 宋文萍. 面向运载火箭栅格舵的最优操纵效率特征与宽速域气动优化设计方法[J]. 航空学报, 2024, 45(20): 129887-129887.
[15]	赵子健, 刘朝阳, 黄伟. 支板/凹腔燃烧室混合与燃烧性能研究进展[J]. 航空学报, 2024, 45(16): 29765-029765.

宽速域超燃冲压发动机流动燃烧过程研究进展

Flow and combustion process for wide speed range scramjet: Review

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