壓升規(guī)律可控的高超聲速內(nèi)收縮進氣道設計方法研究.pdf

1、設計高超聲速內(nèi)收縮進氣道的核心在于設計優(yōu)良的基準流場。本文采用有旋特征線理論，研究了一種壓縮面壓升規(guī)律可控的新型軸對稱基準流場設計方法，對二次曲線壓升規(guī)律進行了參數(shù)化研究，得到了設計參數(shù)對基準流場總體性能的影響規(guī)律，并分析了粘性對基準流場流動特征及性能的影響。
　　 基于壓升規(guī)律可控的軸對稱基準流場設計方法，結(jié)合流線追蹤技術(shù)設計了圓形進口內(nèi)收縮進氣道，并進行了數(shù)值研究。結(jié)果表明，采用新型基準流場的內(nèi)收縮進氣道能較好地保持其基準流

2、場的壓升規(guī)律，采用壓力梯度逐漸增大壓升規(guī)律的進氣道壓縮效率較高，流量系數(shù)較低，采用壓力梯度逐漸減小壓升規(guī)律的進氣道壓縮效率較低，但流量系數(shù)較高。
　　 為了兼顧進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，設計了矩形轉(zhuǎn)圓形內(nèi)收縮進氣道，并進行了數(shù)值及實驗研究。結(jié)果表明進氣道前緣激波較弱，總壓恢復較高，并且具有較高的流量系數(shù)。風洞實驗表明，該進氣道在Ma6、4度攻角狀態(tài)總壓恢復為0.45，增壓比為41.2，至少可抗200倍來

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)律基準流場特性及壓升規(guī)律各個系數(shù)對基準流場性能的影響。對采用該規(guī)律的圓形進口內(nèi)收縮進氣道進行的數(shù)值研究表明，進氣道前緣激波較弱，內(nèi)收縮比較小，在設計點和非設計點進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)律設計了帶斜楔前體的矩形轉(zhuǎn)圓形內(nèi)收縮進氣道，并進行了數(shù)值和實驗研究。數(shù)值研究表明，在Ma4～Ma7范圍內(nèi)，進氣道具有較高的

4、壓縮效率、較高的流量系數(shù)和良好的攻角特性。風洞實驗結(jié)果表明，設計點和非設計點，進氣道頂板沿程壓力分布均具有反正切曲線的特征，設計點Ma6狀態(tài)進氣道總壓恢復為0.517，增壓比為37.0。在Ma5、8度攻角進行的起動特性實驗表明，無放氣狀態(tài)，進氣道在風洞中不能正常起動。通過在頂板壓縮面上的激波與附面層相互作用區(qū)域放氣可使進氣道順利起動，起動后放氣量約為唇口封閉截面流量的1.2％。
　　 為減弱進氣道內(nèi)壓段較強的激波與附面層相互作用

5、，通過改變中心體形狀，設計了新型軸對稱基準流場，反射激波強度顯著降低，壓縮效率明顯提高。對采用該基準流場的圓形流管內(nèi)收縮進氣道研究表明，進氣道設計點和接力點肩點附近激波與附面層相互作用明顯減弱，流場結(jié)構(gòu)優(yōu)于傳統(tǒng)內(nèi)收縮進氣道，壓縮效率明顯提高，同時起動性能改善。對采用該基準流場的矩形轉(zhuǎn)圓形內(nèi)收縮進氣道進行了數(shù)值模擬和風洞實驗。數(shù)值研究表明，進氣道內(nèi)壓段唇口激波與附面層相互作用較弱，流場結(jié)構(gòu)較好。實驗結(jié)果表明，在Ma6、4度攻角狀態(tài)，進氣道

6、總壓恢復為0.518，增壓比為52。在Ma5、8度攻角狀態(tài)，在項板上開兩道很小的放氣槽后進氣道可順利起動，起動后放氣量約為1.1％。
　　 最后，初步設計了腹下進氣的乘波前體、矩形轉(zhuǎn)圓形內(nèi)收縮進氣道一體化構(gòu)型，數(shù)值研究表明，設計點一體化進氣系統(tǒng)前緣激波較好的貼在前緣線上，乘波性能良好，前體產(chǎn)生的三維流場導致進氣道流場不再對稱。此外，采用乘波前體和類水滴形高超聲速內(nèi)收縮進氣道設計了兩側(cè)進氣布局的進氣系統(tǒng)。數(shù)值研究表明，前體外流場和