随着火箭发动机性能要求的提高,推力室处于更高的室温室压工况,因此,准确及时的雾化燃烧场监测诊断方法非常重要。发动机尾焰喷射场图像中包含着反映推力室雾化燃烧状态的特征,且尾焰喷射场图像特征对雾化燃烧状态的监测具有准实时特性,而雾化喷注状态对燃烧效率具有很大的影响,因此研究发动机尾焰喷射场图像特征与雾化喷注状态的关系对于发动机的状态监测诊断具有重要意义。本课题是基于某型多对直流互击式发动机热试车时尾焰喷射场出现复燃现象(复燃现象是指发动机喷焰与外流场相互作用,喷焰中未燃气继续燃烧的现象)而提出的。首先,采用PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer,简称PDPA)研究了直流式喷注器雾化场参数分布特性;然后,结合雾化试验和热试车试验建立了三维非稳态推力室蒸发-燃烧-尾焰场一体化仿真模型;接着,通过尾焰图像特征识别技术,结合上述仿真模型和热试车数据,建立发动机尾焰红外图像特征与雾化喷注参数之间的映射关系,为发动机雾化燃烧状态的监测诊断提供了一种新的方法;最后运用了尾焰场仿真模型对该型发动机尾焰场复燃现象进行了仿真计算,通过对尾焰图像特征进行定量识别和定性观察分析,对复燃现象进行了诊断研究,验证了上述尾焰复燃现象的直接原因是喷管出口处残留过多的未充分燃烧小分子(如H2、CO等),这些小分子与尾焰场中氧气反应导致复燃现象,推断原因可能是较大的边区冷却流量百分比。论文主要开展了以下几部分的工作:1.采用PDPA系统对单对直流互击式喷注器雾化场参数分布特性进行了试验研究,并对雾化场液滴粒径、速度、流强等分布特性进行了分析,获得了直流式喷注器雾化特性规律。2.以PDPA雾化试验结果为输入,耦合了蒸发、燃烧、传热等过程,并对照热试车结果,建立了三维非稳态推力室蒸发-燃烧-尾焰场一体化仿真模型,实现了发动机内外流场的准确仿真,为发动机的优化设计和故障诊断提供准确的仿真途径。3.基于推力室蒸发-燃烧-尾焰场一体化仿真模型和尾焰红外图像特征识别方法开展了发动机喷注状态与尾焰喷射场红外图像特征之间关系的研究,得知不同的尾焰喷射场红外图像特征(如:尾焰场红外图像中第一马赫盘位置、尾焰出口区和尾焰射流区的灰度熵、周长和面积)对于不同的发动机雾化喷注参数(如:液滴喷射速度、液滴平均粒径、边区冷却流量百分比)变化的敏感程度不同,因此,可以选定不同的雾化喷注参数来监测诊断发动机雾化喷注状态。4.基于某型直流式发动机尾焰射流边缘出现明显扩张现象,运用了尾焰场仿真模型对该型发动机尾焰场复燃现象进行了仿真计算,通过对尾焰图像特征进行定量识别和定性观察分析,对复燃现象进行了诊断研究,验证了上述尾焰复燃现象的直接原因是喷管出口处残留过多的未充分燃烧的小分子(如H2、CO等),这些小分子与尾焰场中氧气反应导致复燃现象,推断原因可能是较大的边区冷却流量百分比。