氨/氢混合燃料超燃冲压发动机模拟仿真研究

林泽峰; 姜雪; 张天琦; 张英佳; 黄佐华; 颜应文

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (6) : 1 -10.

林泽峰, 姜雪, 张天琦, 张英佳, 黄佐华, 颜应文

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摘要

为推进飞行器燃料向无碳、可持续化转型，针对氨/氢混合燃料在超燃冲压发动机中的应用开展了燃烧数值模拟研究。首先，采用德国航空航天中心（DLR）燃烧室结构，建立超燃冲压发动机燃烧室模型，并对该模型在冷态和热态工况下的可靠性进行验证；接着，开展了不同比例氨燃料掺混工况下的数值计算和燃烧特性分析。研究发现：随着整体燃料中氨燃料质量分数的增加，燃烧室内反应温度有所降低，燃料型NO_x的产量显著增加；由于氨燃料化学反应活性低，在高速流场中难以充分燃尽，掺混燃料后，燃烧效率相较纯氢气工况有明显下降；当氨燃料质量分数为30%时无法稳定燃烧，提高进气来流压力、进气温度和燃料温度均能够达到稳定燃烧边界拓展的效果。该研究为认识超声速燃烧中湍流与燃烧化学相互作用的规律提供了参考，同时为氨燃料超声发动机的设计与优化提供了性能预测依据。