壓升規(guī)律可控的高超聲速內(nèi)收縮進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、設(shè)計(jì)高超聲速內(nèi)收縮進(jìn)氣道的核心在于設(shè)計(jì)優(yōu)良的基準(zhǔn)流場(chǎng)。本文采用有旋特征線理論，研究了一種壓縮面壓升規(guī)律可控的新型軸對(duì)稱(chēng)基準(zhǔn)流場(chǎng)設(shè)計(jì)方法，對(duì)二次曲線壓升規(guī)律進(jìn)行了參數(shù)化研究，得到了設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)基準(zhǔn)流場(chǎng)總體性能的影響規(guī)律，并分析了粘性對(duì)基準(zhǔn)流場(chǎng)流動(dòng)特征及性能的影響。
　　 基于壓升規(guī)律可控的軸對(duì)稱(chēng)基準(zhǔn)流場(chǎng)設(shè)計(jì)方法，結(jié)合流線追蹤技術(shù)設(shè)計(jì)了圓形進(jìn)口內(nèi)收縮進(jìn)氣道，并進(jìn)行了數(shù)值研究。結(jié)果表明，采用新型基準(zhǔn)流場(chǎng)的內(nèi)收縮進(jìn)氣道能較好地保持其基準(zhǔn)流

2、場(chǎng)的壓升規(guī)律，采用壓力梯度逐漸增大壓升規(guī)律的進(jìn)氣道壓縮效率較高，流量系數(shù)較低，采用壓力梯度逐漸減小壓升規(guī)律的進(jìn)氣道壓縮效率較低，但流量系數(shù)較高。
　　 為了兼顧進(jìn)氣道的壓縮效率和流量系數(shù)，探索了三次曲線壓升規(guī)律，設(shè)計(jì)了矩形轉(zhuǎn)圓形內(nèi)收縮進(jìn)氣道，并進(jìn)行了數(shù)值及實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明進(jìn)氣道前緣激波較弱，總壓恢復(fù)較高，并且具有較高的流量系數(shù)。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)表明，該進(jìn)氣道在Ma6、4度攻角狀態(tài)總壓恢復(fù)為0.45，增壓比為41.2，至少可抗200倍來(lái)

3、流靜壓的反壓。
　　 基于三次曲線壓升規(guī)律的研究，提出了反正切曲線壓升規(guī)律，研究了這種壓升規(guī)律基準(zhǔn)流場(chǎng)特性及壓升規(guī)律各個(gè)系數(shù)對(duì)基準(zhǔn)流場(chǎng)性能的影響。對(duì)采用該規(guī)律的圓形進(jìn)口內(nèi)收縮進(jìn)氣道進(jìn)行的數(shù)值研究表明，進(jìn)氣道前緣激波較弱，內(nèi)收縮比較小，在設(shè)計(jì)點(diǎn)和非設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)氣道均具有較高的壓縮效率和流量捕獲特性。之后采用該壓升規(guī)律設(shè)計(jì)了帶斜楔前體的矩形轉(zhuǎn)圓形內(nèi)收縮進(jìn)氣道，并進(jìn)行了數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究。數(shù)值研究表明，在Ma4～Ma7范圍內(nèi)，進(jìn)氣道具有較高的

4、壓縮效率、較高的流量系數(shù)和良好的攻角特性。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)點(diǎn)和非設(shè)計(jì)點(diǎn)，進(jìn)氣道頂板沿程壓力分布均具有反正切曲線的特征，設(shè)計(jì)點(diǎn)Ma6狀態(tài)進(jìn)氣道總壓恢復(fù)為0.517，增壓比為37.0。在Ma5、8度攻角進(jìn)行的起動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)放氣狀態(tài)，進(jìn)氣道在風(fēng)洞中不能正常起動(dòng)。通過(guò)在頂板壓縮面上的激波與附面層相互作用區(qū)域放氣可使進(jìn)氣道順利起動(dòng)，起動(dòng)后放氣量約為唇口封閉截面流量的1.2％。
　　 為減弱進(jìn)氣道內(nèi)壓段較強(qiáng)的激波與附面層相互作用

5、，通過(guò)改變中心體形狀，設(shè)計(jì)了新型軸對(duì)稱(chēng)基準(zhǔn)流場(chǎng)，反射激波強(qiáng)度顯著降低，壓縮效率明顯提高。對(duì)采用該基準(zhǔn)流場(chǎng)的圓形流管內(nèi)收縮進(jìn)氣道研究表明，進(jìn)氣道設(shè)計(jì)點(diǎn)和接力點(diǎn)肩點(diǎn)附近激波與附面層相互作用明顯減弱，流場(chǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)于傳統(tǒng)內(nèi)收縮進(jìn)氣道，壓縮效率明顯提高，同時(shí)起動(dòng)性能改善。對(duì)采用該基準(zhǔn)流場(chǎng)的矩形轉(zhuǎn)圓形內(nèi)收縮進(jìn)氣道進(jìn)行了數(shù)值模擬和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。數(shù)值研究表明，進(jìn)氣道內(nèi)壓段唇口激波與附面層相互作用較弱，流場(chǎng)結(jié)構(gòu)較好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在Ma6、4度攻角狀態(tài)，進(jìn)氣道

6、總壓恢復(fù)為0.518，增壓比為52。在Ma5、8度攻角狀態(tài)，在項(xiàng)板上開(kāi)兩道很小的放氣槽后進(jìn)氣道可順利起動(dòng)，起動(dòng)后放氣量約為1.1％。
　　 最后，初步設(shè)計(jì)了腹下進(jìn)氣的乘波前體、矩形轉(zhuǎn)圓形內(nèi)收縮進(jìn)氣道一體化構(gòu)型，數(shù)值研究表明，設(shè)計(jì)點(diǎn)一體化進(jìn)氣系統(tǒng)前緣激波較好的貼在前緣線上，乘波性能良好，前體產(chǎn)生的三維流場(chǎng)導(dǎo)致進(jìn)氣道流場(chǎng)不再對(duì)稱(chēng)。此外，采用乘波前體和類(lèi)水滴形高超聲速內(nèi)收縮進(jìn)氣道設(shè)計(jì)了兩側(cè)進(jìn)氣布局的進(jìn)氣系統(tǒng)。數(shù)值研究表明，前體外流場(chǎng)和