超聲速擴(kuò)張流道內(nèi)分離區(qū)不穩(wěn)定問(wèn)題研究.pdf

1、在模擬飛行Ma6的來(lái)流條件下，本文對(duì)于超聲速單邊擴(kuò)張燃燒室中的一種典型燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)分析，通過(guò)控制變量的研究方法剝離了其次要影響因素，對(duì)分離區(qū)的非對(duì)稱(chēng)發(fā)展及不穩(wěn)定性開(kāi)展了深入研究。
　　以乙烯為工質(zhì)的并聯(lián)凹腔單邊擴(kuò)張燃燒室在不同的燃料當(dāng)量比下呈現(xiàn)出多種燃燒模態(tài)：當(dāng)量比較低時(shí)呈主流為超聲速的對(duì)稱(chēng)燃燒模態(tài)；當(dāng)量比較高時(shí)呈主流為亞聲速的非對(duì)稱(chēng)燃燒模態(tài)，擴(kuò)張壁面為射流尾跡穩(wěn)焰模式、等直壁面為剪切層穩(wěn)焰模式；而當(dāng)量比處于中間范圍時(shí)

2、呈現(xiàn)間歇性燃燒震蕩，激波串軸向大幅運(yùn)動(dòng)，分離區(qū)與火焰在兩側(cè)壁面來(lái)回切換。
　　分析表明，火焰對(duì)本現(xiàn)象基本沒(méi)有影響，射流與凹腔共同主導(dǎo)低當(dāng)量比下對(duì)稱(chēng)燃燒工況的規(guī)律性震蕩，中高當(dāng)量比下的燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象由燃燒放熱引起的反壓主導(dǎo)。射流與凹腔耦合形成的不穩(wěn)定性在反壓較低時(shí)使流場(chǎng)呈現(xiàn)規(guī)律性震蕩，壓力震蕩主頻為200Hz。單邊擴(kuò)張燃燒室在低反壓的作用下流動(dòng)呈對(duì)稱(chēng)分離、流場(chǎng)為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)；在高反壓的作用下流動(dòng)呈非對(duì)稱(chēng)分離、流場(chǎng)具有明顯的非定常效應(yīng)；在中

3、等反壓的作用下流動(dòng)的非定常效應(yīng)達(dá)到最大。非定常流場(chǎng)的靜壓震蕩呈現(xiàn)出寬廣的中低頻特征，峰值頻率出現(xiàn)在100-500Hz之間，沒(méi)有明顯的主頻且1000Hz以上的分量可以忽略。分離區(qū)發(fā)生切換的前提是激波串處于軸向后極限位置，該現(xiàn)象的發(fā)生可能與燃燒室的分段膨脹構(gòu)型有關(guān)。
　　擴(kuò)張流道內(nèi)當(dāng)反壓處于閾值以下時(shí)，分離區(qū)為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)；當(dāng)反壓超過(guò)閾值時(shí)，分離區(qū)會(huì)發(fā)展為顯著非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)；反壓在閾值附近時(shí)分離區(qū)會(huì)在對(duì)稱(chēng)與非對(duì)稱(chēng)兩種形態(tài)間來(lái)回轉(zhuǎn)換。分離區(qū)的非

4、對(duì)稱(chēng)發(fā)展與康達(dá)效應(yīng)有關(guān)，單邊擴(kuò)張流道以擴(kuò)張壁面大分離工況為主，而雙邊擴(kuò)張流道兩側(cè)壁面大分離區(qū)的出現(xiàn)具有隨機(jī)性。邊界層厚度的增加能夠促進(jìn)分離區(qū)的發(fā)展，而非對(duì)稱(chēng)的反壓則能夠抑制分離區(qū)的發(fā)展和激波前推。當(dāng)超聲速氣流經(jīng)過(guò)擴(kuò)張拐角時(shí)，邊界層會(huì)明顯增厚，因此單邊擴(kuò)張流道的擴(kuò)張壁面?zhèn)确蛛x區(qū)更容易發(fā)展，在高反壓下總是呈現(xiàn)擴(kuò)張壁面大分離。
　　分離區(qū)的低頻不穩(wěn)定性可能源于激波邊界層干擾中的低頻不穩(wěn)定性。該不穩(wěn)定性被大尺度分離區(qū)放大，在反壓的作用下呈