新型冲压加速器内流场数值模拟研究

冲压加速器是一种利用混合气体推进剂的化学能将弹丸加速到高超声速的新概念推进装置.设计了一种新型冲压加速弹丸,并基于SST k-ω湍流模型、有限速率/涡耗散模型和甲烷-氧气单步化学反应模型对新型冲压加速器冷态和化学反应流场进行了数值研究.数值模拟结果清晰地展示了新型冲压加速器内部流场和波系结构,研究结果表明,新型弹丸在加速管内运动时,会在弹肩与弹尾处形成2个温度极值区,在相同运动条件下,温度极值比传统冲压加速器高30 K,并且新型弹丸后体上的后楔反射激波后气体的温度与压力分别比传统弹丸高120 K和1 MPa以上,更容易引发推进剂着火,新型冲压加速器更容易启动.新型冲压加速器中火焰阵面可以稳定在弹丸肩部后方,弹丸阻力系数为-0.24,表示弹丸受到推力作用,新型弹丸能够保证冲压加速器启动,而传统冲压加速器中火焰阵面超过弹丸,出现不启动现象并对弹丸产生阻力,阻力系数高达1.2.新型弹丸对保证冲压加速器启动具有实际意义,研究结果可为冲压加速器设计提供指导和参考.