金属基燃料水冲压发动机地面实验研究

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作者 薛鸿涵 黄利亚 +2 位作者 张家瑞 刘子豪 肖帆 《推进技术》 北大核心 2025年第5期257-264,共8页

为了探究两种含硼固体推进剂在水冲压条件下的燃烧与推力性能,本文以跨介质飞行器水下动力装置为应用背景,设计了水冲压发动机原理样机并开展了地面实验研究。试验结果表明,发动机实现了持续稳定工作,燃烧产物沉积主要集中于进水口位置... 为了探究两种含硼固体推进剂在水冲压条件下的燃烧与推力性能,本文以跨介质飞行器水下动力装置为应用背景,设计了水冲压发动机原理样机并开展了地面实验研究。试验结果表明,发动机实现了持续稳定工作,燃烧产物沉积主要集中于进水口位置,验证了硼基水冲压发动机的可行性。四次试验中燃烧效率最高达到了86.8%,在水燃比为3.2时比冲达到了4712.5 N·s/kg。在水燃比相近时,两种推进剂的燃烧效率均在69%左右,但推进剂Ⅱ的补燃室内存在更多沉积物,发动机比冲效率降低了13.8%。提高水燃比能提高燃烧效率和比冲,水燃比从1.75增加到3.20,燃烧效率提升了6.1%,并且还能减少燃烧产物的沉积。两种推进剂中一、二次燃烧产物中均含有碳化硼和硼酸等物质,但由于推进剂Ⅱ中Mg,Al的含量较高,其产物中能明显检测出氧化镁和铝酸镁。 展开更多

关键词 固体火箭冲压发动机 水冲压发动机 含硼固体推进剂 直连试验 燃烧性能 沉积

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金属水反应水冲压发动机系统性能估算 被引量：33

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作者 罗凯 党建军 +1 位作者 王育才 张宇文 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期495-498,共4页

使用金属 水反应燃料是推进水下超高速航行器的最佳途径,分析了单次注水和二次注水的铝 水反应燃料水冲压发动机系统,得出了燃料质量配比、燃烧室温度、燃烧室压强、系统有效推力、效率等关键技术性能指标。指出了二次注水系统的优越性... 使用金属 水反应燃料是推进水下超高速航行器的最佳途径,分析了单次注水和二次注水的铝 水反应燃料水冲压发动机系统,得出了燃料质量配比、燃烧室温度、燃烧室压强、系统有效推力、效率等关键技术性能指标。指出了二次注水系统的优越性并提出了一种二次注水系统的实施方案。分析结论与实际系统性能指标相吻合,证明了分析的正确性,可以为系统研究提供参考。 展开更多

关键词 金属/水反应燃料^+ 水冲压发动机^+ 性能

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水冲压发动机用金属燃料的研究进展 被引量：13

3

作者 李是良 张炜 +2 位作者 朱慧 王春华 周星 《火炸药学报》 EI CAS CSCD 2006年第6期69-73,共5页

介绍了用于超高速鱼雷的巡航动力推进系统——水冲压发动机的基本原理,阐述了水反应金属燃料的组成及特点,以金属镁与水在不同状态下的反应机理为例对水反应金属燃料的工作原理进行了分析,并提出燃料的组织形式、点火技术和燃烧性能调... 介绍了用于超高速鱼雷的巡航动力推进系统——水冲压发动机的基本原理,阐述了水反应金属燃料的组成及特点,以金属镁与水在不同状态下的反应机理为例对水反应金属燃料的工作原理进行了分析,并提出燃料的组织形式、点火技术和燃烧性能调节技术等是水反应金属燃料研究中的关键技术。通过总结国内外水冲压发动机及水反应金属燃料的研究进展,指出国内相关领域研究的不足和发展方向。附参考文献22篇。 展开更多

关键词 应用化学 水反应金属燃料 水冲压发动机 推进系统 鱼雷

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镁基水反应金属燃料及水冲压发动机初步试验 被引量：15

4

作者 李是良 张炜 +3 位作者 张为华 阳世清 朱慧 何博 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期35-38,共4页

通过热力学计算预估水冲压发动机的性能,确定了燃料配方,并研制出试验用镁基水反应金属燃料。成功进行了水冲压发动机原理样机热试车,对水冲压发动机及其燃料的性能进行了初步研究。

关键词 水冲压发动机 水反应金属燃料 水下高速推进

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水冲压发动机掺混燃烧数值分析 被引量：12

5

作者 田维平 蔡体敏 +1 位作者 孙展鹏 王建儒 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期9-11,共3页

用三维两相湍流N-S方程及湍流燃烧PDF模型模拟水冲压发动机补燃室燃烧流场,并探讨了进水流量对冲压发动机补燃室流场的影响。通过与试验结果对比分析,结果表明,所采用的数值方法可用来模拟水冲压发动机补燃室掺混工作过程,其数值结果可... 用三维两相湍流N-S方程及湍流燃烧PDF模型模拟水冲压发动机补燃室燃烧流场,并探讨了进水流量对冲压发动机补燃室流场的影响。通过与试验结果对比分析,结果表明,所采用的数值方法可用来模拟水冲压发动机补燃室掺混工作过程,其数值结果可用来指导水冲压发动机进一步的研究分析工作。 展开更多

关键词 水冲压发动机 掺混燃烧 水流量 流场 数值分析

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水冲压发动机热力计算 被引量：13

6

作者 田维平 蔡体敏 +1 位作者 陆贺建 高波 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期95-98,共4页

简述了水冲压发动机化学平衡与非化学平衡热力计算方法及相应的适用条件,计算了试验发动机补燃室温度,并与试验数据进行了对比分析。分析结果表明,该热力计算方法适用于水冲压发动机。用热力计算方法可确定水冲压发动机最佳水燃比,进而... 简述了水冲压发动机化学平衡与非化学平衡热力计算方法及相应的适用条件,计算了试验发动机补燃室温度,并与试验数据进行了对比分析。分析结果表明,该热力计算方法适用于水冲压发动机。用热力计算方法可确定水冲压发动机最佳水燃比,进而指导水冲压发动机的设计和试验。 展开更多

关键词 水冲压发动机 热力计算 化学平衡计算 非化学平衡计算

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水冲压发动机原理性试验技术研究 被引量：15

7

作者 甘晓松 何国强 +1 位作者 王建儒 任全彬 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期4-7,共4页

从水冲压发动机的工作机理出发,提出了适合开展发动机原理性研究的燃气发生器式水冲压发动机的工作原理。结合铝镁贫氧推进剂、水冲压发动机试验测试系统设计等研究,完成了燃气发生器式水冲压原理性试验研究工作,获得了该工作形式下铝... 从水冲压发动机的工作机理出发,提出了适合开展发动机原理性研究的燃气发生器式水冲压发动机的工作原理。结合铝镁贫氧推进剂、水冲压发动机试验测试系统设计等研究,完成了燃气发生器式水冲压原理性试验研究工作,获得了该工作形式下铝镁推进剂的燃烧性能,成功验证了水冲压发动机的工作原理可行性,为后续开展水冲压发动机的性能研究提供了丰富的试验数据。 展开更多

关键词 水冲压发动机 试验 贫氧推进剂

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水燃比对水冲压发动机性能影响数值模拟与试验研究 被引量：7

8

作者 韩超 夏智勋 +2 位作者 胡建新 赵宁 方丁酉 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期117-121,共5页

为了研究水燃比对二次进水水冲压发动机比冲性能的影响规律,建立了发动机补燃室两相反应模型,对镁基水冲压发动机进行了数值模拟,获得了发动机比冲、喷管出口温度及出口速度随水燃比变化趋势,在此基础上进行了水冲压发动机地面直连式试... 为了研究水燃比对二次进水水冲压发动机比冲性能的影响规律,建立了发动机补燃室两相反应模型,对镁基水冲压发动机进行了数值模拟,获得了发动机比冲、喷管出口温度及出口速度随水燃比变化趋势,在此基础上进行了水冲压发动机地面直连式试验研究。结果表明,存在最佳水燃比使二次进水水冲压发动机比冲性能较优。 展开更多

关键词 水冲压发动机 比冲性能 水燃比 数值模拟 直连式试验

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水冲压发动机的热力循环性能预示 被引量：10

9

作者 杨亚晶 何茂刚 徐厚达 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期474-478,共5页

针对采用二次进水机制的水冲压发动机,基于特殊的工作方式初步建立了相应的热力循环模型,进而在不同的发动机工况下分析了循环热效率性能。选定水反应金属燃料基础配方为Mg/AP/HTPB的混合物,在不同组分配方条件下,相应发动机热力循环效... 针对采用二次进水机制的水冲压发动机,基于特殊的工作方式初步建立了相应的热力循环模型,进而在不同的发动机工况下分析了循环热效率性能。选定水反应金属燃料基础配方为Mg/AP/HTPB的混合物,在不同组分配方条件下,相应发动机热力循环效率随各影响参数的变化规律一致,均随燃烧室压强和水反应金属燃料中金属含量的增加而呈增加趋势,相反,水燃比的增加会引起热效率的降低。特别地,给定一合理水燃比3.0,保持燃烧室压强和航行器航深分别为2.5 MPa和10 m,50%和60%镁含量的水反应金属燃料对应发动机的循环热效率分别为37.78%和44.38%,初步验证了基于联合循环的水冲压发动机良好的循环性能。 展开更多

关键词 水冲压发动机 水燃比 热力学循环 热效率

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水冲压发动机地面直连试验技术研究 被引量：6

10

作者 黄利亚 夏智勋 胡建新 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期722-726,共5页

建立了垂直进水的水冲压发动机地面直连试验系统。采用垂直进水方式,消除了进水冲量对轴向推力的影响。通过在进水管路上安装汽蚀文氏管,解决了发动机试车过程中流量不稳的问题。基于含镁量50%的固体推进剂,对某型水冲压发动机进行了两... 建立了垂直进水的水冲压发动机地面直连试验系统。采用垂直进水方式,消除了进水冲量对轴向推力的影响。通过在进水管路上安装汽蚀文氏管,解决了发动机试车过程中流量不稳的问题。基于含镁量50%的固体推进剂,对某型水冲压发动机进行了两组不同水燃比的地面直连试验,试验过程中采集了发动机燃烧室压强、进水流量和发动机推力等数据。对两组试验数据的燃烧效率和比冲分析表明,水燃比的适量增加,有助于发动机性能提高。该试验结果符合之前的理论预估,证明了水冲压地面直连试验技术的有效可行。 展开更多

关键词 水冲压发动机 直连试验 汽蚀文氏管 金属燃料 燃烧效率 比冲

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进水方式对水冲压发动机性能的影响 被引量：3

11

作者 霍东兴 何国强 +2 位作者 陈林泉 王建儒 陆贺建 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期30-33,共4页

在一次燃气参数及总水燃比相同的情况下,研究了进水方式对水冲压发动机性能的影响,所得结论得到了试验结果的部分验证。研究表明,要使发动机获得较高比冲,进水方式的设计至少应该遵循两个原则——一次进水流量和活性铝粉流量接近1∶1;... 在一次燃气参数及总水燃比相同的情况下,研究了进水方式对水冲压发动机性能的影响,所得结论得到了试验结果的部分验证。研究表明,要使发动机获得较高比冲,进水方式的设计至少应该遵循两个原则——一次进水流量和活性铝粉流量接近1∶1;后部进水位置尽量靠前,以使所有水雾都能完全蒸发。 展开更多

关键词 水冲压发动机 进水方式 雾化喷嘴 铝水反应

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水冲压发动机的热力性能分析 被引量：5

12

作者 杨亚晶 何茂刚 徐厚达 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期240-245,共6页

针对水冲压发动机这一新型动力系统，详细分析了其工作过程，并建立了相应的热力计算模型。结合质量守恒方程、化学平衡方程和能量守恒方程建立了发动机热力计算理论，预估了发动机的性能，初步设定了燃烧室的工作压力，并分析了比冲、... 针对水冲压发动机这一新型动力系统，详细分析了其工作过程，并建立了相应的热力计算模型。结合质量守恒方程、化学平衡方程和能量守恒方程建立了发动机热力计算理论，预估了发动机的性能，初步设定了燃烧室的工作压力，并分析了比冲、推力以及特征速度等性能参数随进水量的定性变化规律。综合考虑发动机性能及燃烧反应的启动温度，得出一次进水水燃比限定在0．5～1．9之间，总水燃比的上限为5．1，而水燃比为3．5时对应着最高比冲。 展开更多

关键词 水冲压发动机^+ 二次进水^+ 水燃比^+ 热力性能

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一次进水角度对水冲压发动机比冲性能影响研究 被引量：3

13

作者 韩超 夏智勋 +1 位作者 胡建新 赵宁 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期496-499,共4页

为了研究一次进水角度对二次进水水冲压发动机比冲性能的影响规律,建立了发动机补燃室两相流反应模型,对镁基水冲压发动机补燃室流场进行了数值模拟,获得了发动机喷管出口温度、出口压力、出口气流速度及发动机比冲随一次进水角度的增... 为了研究一次进水角度对二次进水水冲压发动机比冲性能的影响规律,建立了发动机补燃室两相流反应模型,对镁基水冲压发动机补燃室流场进行了数值模拟,获得了发动机喷管出口温度、出口压力、出口气流速度及发动机比冲随一次进水角度的增大先升高后降低的变化趋势,在此基础上进行了水冲压发动机地面直连式试验研究。结果表明,一次进水角度在40°左右时,二次进水水冲压发动机比冲性能较优。 展开更多

关键词 水冲压发动机 比冲性能 一次进水 数值模拟 直连式试验

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水冲压发动机进水管路系统设计与分析 被引量：4

14

作者 林明东 胡凡 +1 位作者 张为华 麻震宇 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期742-746,共5页

对水冲压发动机进水管路系统设计进行了建模与分析,建立了冲压进水管路系统的设计方法与流程。根据水冲压发动机进水方案特点,建立了两级进水管路系统模型,给出其流动过程分析计算方程。基于发动机热力计算方法,分析了镁基与铝基燃料水... 对水冲压发动机进水管路系统设计进行了建模与分析,建立了冲压进水管路系统的设计方法与流程。根据水冲压发动机进水方案特点,建立了两级进水管路系统模型,给出其流动过程分析计算方程。基于发动机热力计算方法,分析了镁基与铝基燃料水冲压发动机理论最佳水燃比,提出水冲压发动机水比冲概念,并建立进水量计算模型。该模型分析结果表明,不同燃料体系的水冲压发动机所需进水量仅与其设计推力大小相关。基于试验设计抽样方法,对不同尺寸与构型的管路系统进行了总压损失分析。结果表明,管路系统设计在满足航行体布局要求的前提下,应尽可能增大各级管路总通流截面,并减少管路部件。 展开更多

关键词 水冲压发动机 水燃比 进水管路 压力损失

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高速鱼雷水冲压发动机用金属/水反应燃料研究进展 被引量：9

15

作者 张亚俊 王祎 +2 位作者 李吉祯 刘芳莉 齐晓飞 《四川兵工学报》 CAS 2013年第5期123-126,共4页

综述了用于高速鱼雷巡航动力推进系统水冲压发动机主燃料的金属/水反应燃料的国内外应用研究情况,阐述了金属/水反应燃料的组成及特点,并以金属铝与水的反应机理为例说明了金属/水反应燃料的基本工作原理,结合我国研究实际提出了金属/... 综述了用于高速鱼雷巡航动力推进系统水冲压发动机主燃料的金属/水反应燃料的国内外应用研究情况,阐述了金属/水反应燃料的组成及特点,并以金属铝与水的反应机理为例说明了金属/水反应燃料的基本工作原理,结合我国研究实际提出了金属/水反应燃料研究过程的研究重点,指出了国内相关领域研究的不足和发展方向。 展开更多

关键词 鱼雷 水冲压发动机 金属 水反应燃料 推进系统

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金属燃料/水冲压发动机构型试验 被引量：7

16

作者 胡凡 张为华 江振宇 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期125-130,共6页

为了获得水冲压发动机构型对其燃烧性能的影响,采用中等金属含量燃料研究了四种发动机构型一次加水后的燃烧性能,试验得到了发动机压强、燃烧效率和喷射效率等性能参数。试验表明,不同发动机构型对发动机工作过程存在较大影响,发动机进... 为了获得水冲压发动机构型对其燃烧性能的影响,采用中等金属含量燃料研究了四种发动机构型一次加水后的燃烧性能,试验得到了发动机压强、燃烧效率和喷射效率等性能参数。试验表明,不同发动机构型对发动机工作过程存在较大影响,发动机进水后存在收敛段,会出现压强振荡现象,收敛段也会降低喷射效率。金属燃料自持燃烧产物通过喷孔进入补燃室与水发生反应,虽可消除发动机压强振荡现象,但燃烧室会产生大量残渣。将燃烧室和补燃室直接相连,可实现发动机稳定工作,提高喷射效率。 展开更多

关键词 金属燃料 水冲压发动机 构型 试验

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镁基水冲压发动机三维两相反应流场研究 被引量：2

17

作者 胡凡 张为华 +1 位作者 夏智勋 朱艳 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期52-56,共5页

建立了镁基金属燃料/水冲压发动机三维两相反应流动模型,提出了采用燃烧效率修正一次燃烧温度的方法,对某试验发动机理想和实际工作状态进行了数值模拟,得到了发动机内流场分布趋势,并对计算与试验结果进行了对比,分析了产生误差的原因... 建立了镁基金属燃料/水冲压发动机三维两相反应流动模型,提出了采用燃烧效率修正一次燃烧温度的方法,对某试验发动机理想和实际工作状态进行了数值模拟,得到了发动机内流场分布趋势,并对计算与试验结果进行了对比,分析了产生误差的原因。结果表明修正燃烧温度后模型更能反映发动机实际工作状态及内流场分布,雾化效果和发动机热损失是影响发动机性能的重要因素,实际工作过程中由于存在凝相金属镁使计算燃烧效率大于试验燃烧效率。 展开更多

关键词 金属燃料/水冲压发动机+ 数值仿真 两相流 流动分布 试验验证

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水冲压发动机进水管道尺寸设计及仿真模拟 被引量：3

18

作者 贺征 高紫晴 +2 位作者 顾璇 孙晓羽 刘昂 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期194-199,共6页

水冲压发动机进水管路结构直接影响其流动性能,为完善管路设计、提高发动机工作效率,开展了具体工况下进水管路尺寸设计及仿真研究。采用二级进水管路模型,依据某型发动机地面试验的推进剂配方以及与之对应的最佳水燃比,对管道流量及压... 水冲压发动机进水管路结构直接影响其流动性能,为完善管路设计、提高发动机工作效率,开展了具体工况下进水管路尺寸设计及仿真研究。采用二级进水管路模型,依据某型发动机地面试验的推进剂配方以及与之对应的最佳水燃比,对管道流量及压力损失进行了分析。综合考虑制造及整体布局等因素,将主进水管道的直径设计为25 mm,两根分支进水管道直径分别为10 mm和13.5 mm。对进水管道的三维结构进行仿真模拟,校核了流量和压强降等工作参数,在设计流量下,管内压强随水流动逐渐降低,管道总压降小于来流总压与发动机进水压强之差。基于确定工况提出了一种进水管道尺寸设计思路,并通过仿真模拟得到了水在管内流动参数的变化情况,与理论值在误差范围内吻合,为工程中水冲压发动机进水管路的设计提供了参考。 展开更多

关键词 水冲压发动机 进水管路设计 数值模拟 压力损失

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水冲压发动机补燃室铝水燃烧分析 被引量：1

19

作者 霍东兴 何国强 +1 位作者 陈林泉 任全彬 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期150-153,共4页

铝粉在水蒸气中燃烧时间的测定是非常复杂和困难的,文中对几种燃烧模型进行了对比计算。结果表明,各种模型的计算结果相差较大。在对比分析的基础上,采用了Brooks模型来计算燃烧时间,并由此获得了颗粒轨道模型中所需的计算参数。对某试... 铝粉在水蒸气中燃烧时间的测定是非常复杂和困难的,文中对几种燃烧模型进行了对比计算。结果表明,各种模型的计算结果相差较大。在对比分析的基础上,采用了Brooks模型来计算燃烧时间,并由此获得了颗粒轨道模型中所需的计算参数。对某试验发动机的补燃室流场进行计算,获得的温度场与试验结果相吻合,说明这种处理方法是合理的。所建立的水冲压发动机补燃室的数值模型为补燃室燃烧组织的深入研究提供了参考。 展开更多

关键词 水冲压发动机 补燃室 铝水反应 燃烧模型

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水冲压发动机燃烧稳定性数值研究 被引量：2

20

作者 韩超 夏智勋 胡建新 《火箭推进》 CAS 2008年第6期27-30,共4页

建立了水冲压发动机燃烧稳定性计算模型,对一次进水水冲压发动机燃烧室内流场进行数值模拟。研究了燃烧室长度、水燃比、液滴直径等因素对水冲压发动机燃烧稳定性的影响。研究表明,适当增加燃烧室长度、采用多次进水以减小局部水燃比并... 建立了水冲压发动机燃烧稳定性计算模型,对一次进水水冲压发动机燃烧室内流场进行数值模拟。研究了燃烧室长度、水燃比、液滴直径等因素对水冲压发动机燃烧稳定性的影响。研究表明,适当增加燃烧室长度、采用多次进水以减小局部水燃比并选取适当的雾化器,有利于水冲压发动机的稳定燃烧。 展开更多

关键词 水冲压发动机 燃烧不稳定 数值模拟

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