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高超声速飞行器作为一种新型飞行器,为实现大空域超高声速飞行要求,低动压飞行将成为必然。超燃冲压发动机作为其最佳动力装置,低动压飞行条件将为超声速燃烧的稳定性和高效性带来挑战。一方面随飞行动压的下降,环境压力大幅下降,促使燃烧室压力下降引起化学反应速率降低;另一方面,飞行动压降低使燃烧室入口流速增加,缩短了燃料在燃烧室内的驻留时间,使有限长度燃烧室内的煤油掺混、点火、稳定燃烧更加困难。恰当的温度压力条件和燃料与氧化剂分子尺度上的混合是实现燃烧的前提条件,基于此本文从化学反应动力学和燃料掺混两个角度针对动压变化对超声速燃烧的影响开展了研究工作,主要研究内容如下:首先,通过发动机零维性能评估模型分析了动压、燃烧效率及燃油当量比变化对冲压发动机性能的影响,获得了飞行动压10-50kPa,飞行马赫数2-7,燃烧效率0.8-0.95下燃烧室内平均温度和压力范围为进一步研究温度压力对化学反应动力学的影响做铺垫。其次,借助Chemkin/Cantera采用预混层流火焰燃烧模型分析了燃烧室平均温度和压力对点火迟滞时间、反应时间、层流火焰传播速度、反应面厚度的影响,紧接着基于预混层流火焰特性参数和湍流燃烧基本理论对预混湍流火焰燃烧模式进行了判断,结果显示高飞行马赫数,低动压飞行条件下Damkohler数远大于1,Karlovitz数远小于1,化学反应处于快速化学反应状态,燃烧模式主要位于薄反应火焰模式区和皱褶火焰模式区,表明此时燃料与氧化剂的掺混是影响燃烧的主要因素。再次,基于快速化学反应假设,采用Fluent对“等-扩-等”中心支板燃烧室进行二维冷态和热态数值模拟,分析了动压变化对燃料与氧化剂掺混和燃烧的影响。煤油扩散边界反应了燃料掺混情况,因此通过分析动压变化对煤油扩散边界的影响,研究了动压变化对燃料掺混的影响。结果显示随飞行动压下降,煤油扩散边界呈现先上升后下降的趋势,引起燃烧效率同样随飞行动压先增大后减小,表明掺混效率越好燃烧效率越佳。最后,燃烧室结构作为影响超声速燃烧的重要参数之一,分析了低飞行动压条件下,燃烧室扩张比变化对燃烧室性能的影响。结果显示,相比于高飞行动压条件,低动压飞行条件下,燃烧室的性能更易受燃烧室几何结构的影响,随燃烧室扩张比增大燃烧效率下降引起燃烧室性能下降;相同燃烧室扩张比下,燃烧效率随飞行动压上升而升高,引起燃烧室推力增大。