来源：中国科协航空发动机产学联合体
引言
在此之前，已有大量的国内外专家对发动机工作性能以及燃烧特性进行了充分的研究。文献[4]研究了冲压发动机中含硼推进剂燃烧效率的影响因素。结果表明，当来流气流具有一定切向速度时，推进剂中硼颗粒的燃烧效率有明显提升。文献[5]针对固体燃料冲压发动机中的两相流动进行了数值模拟和实验研究，明确了发动机内部流场流动特性以及推进剂的燃烧特性。文献[6]对固体火箭发动机不稳定燃烧现象进行了建模分析。结果表明，在推进剂中添加铝颗粒可有效改善发动机的燃烧稳定性。刘巍等[7]对固体燃料冲压发动机旋流燃烧特性进行了实验研究。该项研究认为，旋流的引入可大幅度提升推进剂的燃面退移速率，但由于其切向动量的存在，会对发动机推力造成一定损失。文献[8,9]使用商业软件对固体火箭冲压发动机补燃室进行了数值模拟分析，详细探索了发动机内部两相流的流动特性与燃烧特性。胡建新等[10]针对非壅塞式固体火箭冲压发动机内部两相流场进行了数值模拟研究，明确了发动机内部颗粒的燃烧状况以及发动机的工作性能。郭莹等[11]对含旋流工况下硼颗粒推进剂进行了数值模拟研究，该项研究选用涡团耗散模型和颗粒轨道模型分别处理气相化学反应以及颗粒流动特性，探索了不同旋流强度下硼颗粒的燃烧效率影响规律。
综上所述，添加颗粒的固体燃料冲压发动机推进剂可以有效改善发动机的燃烧稳定性以及工作性能，旋流的引入也可以在一定程度上提高推进剂的燃烧效率和燃面退移速率。因此，为研究碳颗粒添加对固体燃料冲压发动机燃烧特性与工作性能的影响，以及旋流引入对推进剂工作特性的改善程度。本文基于添加炭黑的聚乙烯推进剂，对该推进剂的固体燃料冲压发动机燃烧特性以及其内流场流动特性进行了数值模拟与实验研究。
地面直连式SFRJ实验系统及数值计算方法
地面直连式SFRJ实验系统
1.固体燃料制备本文使用的聚乙烯为高密度聚乙烯，粒径为100目（154μm），由埃克森美孚公司生产；所使用炭黑为可燃性木炭粉，其粒径为20μm。样品制备时，首先使用混料机将高密度聚乙烯和炭黑均匀混合，然后将其放入加工模具，使用恒温炉将其加热两小时，并保持温度恒定（225℃）；随后使用压力机压制药柱，保持压力恒定（3MPa），持续30min；最后去除模具，等待药柱冷却至常温，使用车床对药柱进行进一步加工，成品见图1。固体燃料主要物性参数见表1。
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