开发高效可靠的高速飞行推进系统一直是航空航天工程领域的重要研究方向。在这些系统中，超燃冲压发动机（scramjet）因其能够利用大气中的氧气进行燃烧而受到了广泛关注[1,2,3]。然而，在超燃冲压发动机中实现高效燃烧面临着独特挑战，主要是由于燃料混合的停留时间极短[4,5]。作为超燃冲压发动机的首选燃料，氢气具有许多优点，包括高能量密度和快速的化学反应速率。然而，其在高速流动环境中的快速混合仍是一个关键的设计问题。本研究通过探讨多喷射器布置对超燃冲压发动机燃烧室内氢燃料混合和分布的影响来应对这些挑战[6,7,8]。
喷嘴的设计及其布置对于增强燃烧室内的燃料-空气混合和分布起着关键作用。喷射器影响燃料与可压缩气流的混合和分布，从而最终影响整个燃烧过程的效率[9,10,11]。不同的喷射器配置（如倾斜喷射器和后置喷射器）改变了燃料与空气射流之间的相互作用机制，形成了不同的混合方式[12,13,14]。设计良好的喷射器布置可以通过利用流动再循环和湍流生成等现象来促进燃料混合，从而提高混合效率和燃烧性能[15,16]。本研究考察了三种多喷射器配置：倾斜喷射器、间距较近的后置喷射器以及间距较宽的后置喷射器，以比较它们对燃料混合效率和分布的影响[17,18,19]。
为了全面了解混合机制，采用了计算流体动力学（CFD）来模拟燃烧室内的复杂流动现象[20,21,22]。使用雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程进行建模，能够准确预测喷射器周围的超音速流动行为[23,24,25]。通过详细的三维模拟，研究了喷射器附近的氢气射流羽流动态和流动参数[26]。同时分析了喷射器下游产生的再循环区的强度和行为，因为这些区域在捕获和重新分配燃料方面起着关键作用。
预测替代模型（Predictive Surrogate Model）为多喷射器布置下的燃料混合效率和分布提供了宝贵的见解[25,26,27]。这些技术首先减少了主要数据的规模，然后利用长短期记忆网络（LSTM）方法来预测流动模式和燃料射流[28,29,30]。先前的研究[31,32,33]已经广泛关注了这些新技术，以降低计算成本并评估燃料混合预测的性能。这种技术不仅应用于航空航天领域，也用于其他工程领域中的流动估算[34,35,36]。
尽管有许多论文关注超燃冲压发动机燃烧室内燃料混合的模拟，但很少有研究探讨不同喷射器布置对喷射器下游流动的影响。此外，还很少有研究将预测替代模型作为一种新的方法来预测喷射器下游的可压缩流动和燃料混合。这种创新方法有助于降低计算成本并改善燃料射流的演变。
本研究重点关注了喷射器布置方式（倾斜喷射器和后置喷射器）对燃烧室内燃料混合和流动特性的影响。高效的燃料混合可以降低燃料消耗，从而延长飞行距离。本文的主要目的是研究高效的燃料混合配置，以降低飞行成本和所需燃料储存罐的重量。通过使用具有不同喷射器位置的三维模型来评估燃烧室内燃料射流的位置。还进行了流动研究，以比较喷射器在喷射器倾斜面或后置表面的布置效果。通过比较喷射器下游的涡流形成情况，评估了燃料射流的扩散机制。图1展示了三种不同布置方式下注入的氢燃料的示意图，并在不同平面上进行了全面比较，以确定超燃冲压发动机燃烧室的最佳喷射器布置方案。
然后，应用预测替代模型来估算喷射器下游的流动注入情况。实际上，使用三维模型预测瞬态燃料注入过程非常耗时且复杂。因此，结合了适当正交分解（POD）和长短期记忆网络（LSTM）的方法来预测喷射器释放的燃料射流的瞬态分布。
