1.1.2  旋流模拟器概述

旋流模拟器（以下简称“旋流器”）是安装于冲压发动机进气流通道内的、使进气来流产生旋转的装置。在研究旋流燃烧技术和改善冲压发动机性能的工作中，旋流器的引入是必不可少的。无论在仿真计算，还是在试验的过程中，都必须使用合适的旋流器使气流旋转，才能达到预期研究目的。旋流器一方面使来流产生切向动量，以旋流状态进入燃烧室；另一方面决定旋流强度，对燃料燃烧性能产生间接影响。

图1.2 放在轴向管流中的叶片型旋流器

旋流器主要有两种类型：径向旋流器和轴向旋流器。

径向旋流器使气流垂直于轴线切向进入圆柱型通道，如切向孔式旋流器，该旋流器是在气流通道上开切向孔,并强迫气流从切向孔流入,这样气流一进入旋流器就会自发地产生旋转运动。轴向旋流器使气流轴向通过具有切向偏转的通道，如叶片式旋流器和轴向斜孔式旋流器。叶片式旋流器是在气流通道上安装叶片,气流流经叶片时由于叶片的导流作用做旋转运动,形成旋流；轴向斜孔式旋流器是在一扁圆柱端面上打出若干个周向均布的倾斜圆孔，气流从圆柱一端面进入，从另一端面流出，即产生了切向动量，形成旋流。

1.2  研究的背景及意义

冲压发动机以其构造简单、重量轻、比冲高、工作速度范围宽、成本低等一系列优点受到各国相关研究部门的重视。从上世纪30年代开始至今，世界各主要大国对冲压发动机的研究就从未停止，并且不断将该技术应用于武器系统。前苏联SA-6地空导弹、俄罗斯SS系列导弹、欧洲“流星”空空导弹、美国AIM-120改进型空空导弹、中国C301反舰导弹等等武器以及多数靶机、无人机均采用了冲压发动机。随着现代科学技术的快速发展，冲压发动机的相关理论更加成熟、研究范围更加广泛、研究成果更多更大，冲压发动机在武器系统以及航空航天方面的应用越来越多，在当今的空天一体化的发展趋势下，冲压发动机已经表现出很强的通用性和适应性。可以肯定，冲压发动机在下一代战术导弹动力装置中将占有重要地位，同时，冲压发动机将成为未来新型飞行器动力装置的发展趋势。源]自=优尔-`论\文"网·www.youerw.com/

在某些冲压弹丸的实际飞行过程中，由于弹体自身的旋转，使来流相对于弹体具有切向动量，即在燃烧室内产生了旋流。为使研究过程和结果更符合实际情况，通常在冲压弹丸进气道中安装旋流模拟器，在弹丸不转动的情况下，同样能使来流产生切向速度，大大方便了对冲压发动机燃烧室内有旋气流作用的研究。

另外，国内外众多专家学者通过研究发现旋流对改善冲压发动机的工作性能具有重大意义。德国的Duesterhaus DA[3]等人对无旋、有旋条件下固体燃料的燃烧进行了对比试验研究, 在试验选取的最大旋流数范围内，PE燃料的燃速随旋流数增大而增大，当旋流数为0.48时, 燃速增加60%。Pein R[4,5]使用同一试验装置研究了含硼HTPB推进剂的燃烧特性，发现旋流能够大幅提高硼的燃烧效率及发动机比冲，而且燃烧效率与比冲随着旋流数的增大而提高(旋流数0~0.7)。美国Campbell JrWH[6]的试验研究结果表明，HTPB的燃速随旋流数增大而提高，当旋流数为0.6时，燃速提高16%。国内的马洋[7]等人通过对固体燃料冲压发动机内流动和燃烧过程的数值模拟发现小强度的涡流能显著增大推进剂后退速率和发动机推力。刘巍[8]等人进行的直流与旋流对比直连式试验发现只要回流区足够大即可实现旋流火焰稳定，而不取决于旋流在何处引入；若在燃烧室入口段设置壅塞截面，则进入燃烧室的欠膨胀射流会使直流燃烧压力波动，但旋流在此情况下却未发现压力波动现象，因此旋流较直流具有更好的燃烧稳定性。