超燃冲压发动机 过程和特性PDF电子书下载

第一章 引言 1

1.1 冲压发动机和超声速燃烧冲压发动机（Scramjet）循环 1

1.2 历史回顾 3

1.3 小结 10

参考文献 11

第二章 理论背景 13

2.1 可压缩流的场方程和本构关系式 13

2.1.1 流体运动的场方程 13

2.1.1.1 质量守恒方程 13

2.1.1.2 动量守恒方程 14

2.1.1.3 能量守恒方程 14

2.1.1.4 组分守恒方程 14

2.1.2 本构方程 15

2.1.2.1 状态方程 15

2.1.2.2 热传导的傅里叶定律 15

2.1.2.3 剪切应力张量 15

2.2 一维定常流动和兰金－雨贡纽（Rankine-Hugoniot）关系式 16

2.2.1 一维定常流动 16

2.2.2 兰金－雨贡纽关系式 17

2.2.3 等截面管中的滞止条件和热壅塞 19

2.3 化学反应与化学平衡 20

2.3.1 热力学关系与吉布斯函数 20

2.3.2 化学平衡 21

2.3.3 质量作用定律和反应速率常数 22

2.3.4 空气平衡组分 23

2.4 关于非平衡的考虑 25

参考文献 26

第三章 高温气体动力学和高超声速的影响 28

3.1 引言 28

3.2 真实气体的状态方程 28

3.3 动力学理论基础 29

3.3.1 压力、能量和状态方程 29

3.3.2 平均自由程 31

3.3.3 Maxwellian分布——速度分布函数 32

3.3.4 输运系数 34

3.4 统计热力学基础 35

3.4.1 气体的微观描述 36

3.4.1.1 能量的模态 36

3.4.1.2 量子能级和简并 37

3.4.1.3 微观状态枚举和宏观状态 38

3.4.2 给定宏观态中的微观态数目的确定 39

3.4.3 最可几状态 39

3.4.4 玻耳兹曼分布函数 40

3.4.5 以配分函数表述的热力学特性 40

3.4.6 配分函数的评估 41

3.4.7 热力学特性的确定 43

3.5 高超声速流动 44

参考文献 45

第四章 循环分析和能量管理 47

4.1 引言 47

4.2 理想的超燃冲压发动机循环 48

4.3 弹道和载荷 51

4.4 性能分析 52

4.5 组合循环 53

4.5.1 涡轮基组合循环（TBCC） 54

4.5.2 火箭基组合循环（RBCC） 56

4.5.2.1 RBCC系统的工作模式 56

4.5.2.2 组合循环推进的技术问题 58

4.5.2.3 RBCC各种工作模式特有的技术问题 59

参考文献 61

第五章 进气道和尾喷管 66

5.1 进气道 66

5.1.1 引言 66

5.1.2 压缩效率和能量平衡 68

5.1.2.1 总压恢复和动能效率 68

5.1.2.2 压力系数Kwp 70

5.1.2.3 进气道性能——压缩和收缩比的影响 71

5.1.3 流动相互作用和进气道设计考虑 74

5.1.3.1 进气道起动 74

5.1.3.2 黏性作用 75

5.1.3.3 激波边界层相互干扰 76

5.1.4 进气道流动控制的新概念 79

5.1.4.1 吸入气体的能量分配 79

5.1.4.2 通过磁场使流动减速 80

5.1.4.3 使用燃料喷射的流动控制 85

5.1.5 小结 90

5.2 尾喷管 91

参考文献 92

第六章 超声速燃烧过程 96

6.1 引言 96

6.2 时间尺度 96

6.3 燃料—空气掺混 98

6.3.1 平行的无约束的可压缩流动 99

6.3.1.1 对流马赫数的定义 100

6.3.1.2 二维剪切层的发展和速度、密度之间的依赖关系 101

6.3.1.3 可压缩性对剪切层发展的影响 102

6.3.1.4 热释放对剪切层的影响 103

6.3.1.5 剪切层中的掺混 103

6.3.2 倾斜或横向流动掺混 104

6.3.3 掺混度和掺混效率 111

6.3.4 掺混增强 113

6.4 化学动力学——反应机理 117

6.4.1 氢气—空气反应机理 118

6.4.2 碳氢燃料反应机理 123

6.4.3 小结 127

6.5 火焰稳定性 127

6.5.1 回流区流场 128

6.5.2 回流区温度 130

6.5.3 局部当量比分析 132

6.5.4 回流区成分分析 132

6.5.5 稳定性参数公式 133

6.5.6 小结 135

6.6 燃烧室设计和热释放效率 136

6.6.1 隔离段 137

6.6.2 燃烧室设计和性能 139

6.6.2.1 一般燃烧室设计参数 139

6.6.2.2 压力上升和燃烧效率 141

6.7 缩放因子 147

6.8 燃料管理 149

6.8.1 燃料作为飞行器和发动机部件的冷却剂 149

6.8.2 热裂解与催化裂解 152

6.8.3 燃料管理 153

参考文献 154

第七章 试验方法及风洞 162

7.1 引言 162

7.2 高超声速飞行范围 162

7.3 暂冲式风洞 163

7.3.1 燃烧加热风洞 164

7.3.2 电加热风洞 165

7.3.3 电弧加热风洞 166

7.4 短时间运行的脉冲式风洞 168

7.4.1 激波风洞 168

7.4.2 自由活塞式激波风洞 169

7.4.3 膨胀管风洞 170

7.5 小结 171

参考文献 171

第八章 计算流体动力学方法和求解高速反应流 173

8.1 引言 173

8.2 守恒方程和方程捕捉到的流动物理现象 173

8.2.1 流场和本构方程 173

8.2.2 组分与热量的分子输运 174

8.3 湍流反应流——长度尺度 176

8.4 湍流化学反应流的计算方法 178

8.4.1 直接数值模拟 178

8.4.2 雷诺平均的N-S方程 179

8.4.3 湍流模型 181

8.4.4 大涡模拟（LES） 181

8.5 超燃冲压发动机流场计算结果 182

8.5.1 稳定冷态流动 182

8.5.2 化学反应流 183

8.6 小结 188

参考文献 188