二元高超聲速進氣道變幾何技術研究.pdf

1、本文采用數(shù)值模擬與風洞試驗驗證相結合的方法對二元高超聲速進氣道變幾何技術開展了研究，提出了一種兼顧進氣道流量捕獲與內收縮比可控雙重控制的二元高超聲速變幾何進氣道設計思路，給出了具體設計流程，并對典型氣動方案開展了三維數(shù)值評估及二維非定常動態(tài)特性分析。
　　首先，對兩種不同唇罩構形二元高超聲速變幾何進氣道開展了高速風洞試驗研究，對進氣道的氣動性能、起動特性及再起動特性進行了試驗評估。結果表明:Ma=6.0時，兩種唇罩構形的變幾何進氣

2、道均能正常起動工作;Ma=5.0時，豎直唇罩變幾何進氣道不起動，而后掠唇罩變幾何進氣道則可正常起動工作。豎直唇罩變幾何進氣道Ma=5.0不起動時在豎直唇口附近形成較大的呈一定周期性變化的氣流分離包，分離包前形成的后傾激波將無法通過進氣道的氣流溢出口外。后掠唇罩變幾何進氣道在Ma=5.0時可以實現(xiàn)再起動，且在此過程中進氣道進口前氣流分離包經歷了大幅吞吐、逐漸減小直至最后吞入消失的變化過程。
　　其次，采用數(shù)值仿真與風洞試驗結果結合的

3、方法對變幾何進氣道流動特性進行了細致分析，給出了變幾何進氣道的氣動性能。結果表明:采用的數(shù)值仿真方法可以較為準確地模擬高超聲速進氣道內外流動，數(shù)值仿真結果可信。與豎直唇罩相比，唇罩后掠提高了進氣道的氣動性能，大大改善了進氣道的起動能力。據此提出了一種基于唇罩后掠角度控制的變幾何進氣道設計思路，數(shù)值模擬研究并給出了進氣道性能隨后掠角度的變化規(guī)律。
　　再次，提出了一種兼顧進氣道流量捕獲能力、自起動能力及高馬赫數(shù)壓縮能力的內收縮比可控

4、的二元高超聲速變幾何進氣道設計思路，分析并揭示了內收縮比可控的幾何變化原理，研究了典型幾何設計參數(shù)的影響變化規(guī)律及選取原則，給出了具體的設計流程，據此設計了二元高超聲速變幾何進氣道氣動方案，給出了幾何變化規(guī)律及兩種唇罩設計方案。理論分析與數(shù)值仿真結果表明:通過合理幾何設計參數(shù)配置，該變幾何方案可在寬速域范圍內實現(xiàn)對進氣道流量捕獲能力及內收縮比的雙重控制。設計狀態(tài)下定/變幾何進氣道性能相同，非設計來流狀態(tài)下，變幾何進氣道的氣動性能優(yōu)于定幾

5、何進氣道，且來流狀態(tài)偏離設計點馬赫數(shù)越大，兩者偏差越大。Ma=4.0時，相比于相同來流狀態(tài)下的定幾何進氣道，變幾何進氣道的流量系數(shù)提高了21％，總壓恢復系數(shù)提高了9％，隔離段出口馬赫數(shù)增加了15％，而靜壓比則降低了24％。變幾何進氣道的穩(wěn)定工作范圍大于定幾何進氣道，但抗反壓能力稍差。
　　最后，采用經過校驗的非定常數(shù)值仿真方法研究了唇罩移動過程對變幾何進氣道氣動性能及再起動性能的影響，結果顯示:不同來流馬赫數(shù)下唇罩移動對變幾何進氣