超聲-高超聲速非均勻來流下曲面壓縮系統(tǒng)研究.pdf

1、本文針對典型的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境，采用理論分析、數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了一種新型的彎曲壓縮系統(tǒng)及其所形成的彎曲激波。
　　 首先，討論了二維平面壓縮、等熵壓縮和錐波壓縮的設(shè)計(jì)方法，提出了形成彎曲激波的二維彎曲壓縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。
　　 其次，在無粘條件下分析了彎曲壓縮系統(tǒng)的初始斜板長度、壓縮面總長度、形成彎曲壓縮系統(tǒng)的小折線偏轉(zhuǎn)角度以及遞增偏轉(zhuǎn)角度等不同因素對彎曲壓縮系統(tǒng)性能的影響。選取NASA經(jīng)典的進(jìn)

2、氣道試驗(yàn)作為參照依據(jù)進(jìn)行算例考核，考查了本文研究中所采用的數(shù)值模擬方法及軟件對進(jìn)氣道特性的預(yù)測能力，分析和比較了數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)不同湍流模型對進(jìn)氣道性能預(yù)測結(jié)果，確定了本文研究中所適用的湍流模型。
　　 再次，分別設(shè)計(jì)了壁面壓力按等壓力梯度變化和壁面馬赫數(shù)按等馬赫數(shù)梯度變化的彎曲壓縮系統(tǒng)，應(yīng)用斜激波理論和等熵壓縮波理論，給出了可以快速、便捷地獲得其彎曲激波形狀參數(shù)、壓縮面上性能參數(shù)、激波后性能參數(shù)以及出口性能參數(shù)的近似計(jì)

3、算方法，和預(yù)估彎曲壓縮系統(tǒng)型面及其形成的彎曲激波的估算公式。
　　 然后，選取一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)馬赫數(shù)5.3、壁面壓力按等壓力梯度變化的彎曲壓縮系統(tǒng)，經(jīng)附面層修正后的型面加工成模型，在南航Mα3.85/5.3小型高超風(fēng)洞完成了均勻和非均勻來流試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在均勻來流條件下，設(shè)計(jì)點(diǎn)馬赫數(shù)5.3，彎曲壓縮系統(tǒng)壁面壓力按等壓力梯度分布；非設(shè)計(jì)點(diǎn)馬赫數(shù)3.85，壁面壓力也基本呈等壓力梯度分布；在非均勻來流條件下，馬赫數(shù)3.85比馬赫數(shù)5.

4、3時(shí)壁面壓力更接近等壓力梯度分布。同時(shí)，驗(yàn)證了所提出的二維等壓力梯度彎曲壓縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
　　 最后，比較了等壓力梯度曲面壓縮非常規(guī)二維進(jìn)氣道同二楔壓縮和三楔壓縮的常規(guī)二維進(jìn)氣道性能。等壓力梯度曲面壓縮二維進(jìn)氣道與三楔壓縮二維進(jìn)氣道壓比相當(dāng)時(shí)，其壓縮面長度比三楔壓縮的常規(guī)二維進(jìn)氣道縮短20.5％，大大地減輕了進(jìn)氣道的重量。在非設(shè)計(jì)點(diǎn)非均勻來流條件下，等壓力梯度設(shè)計(jì)曲面壓縮二維進(jìn)氣道較之楔壓縮二維進(jìn)氣道，有較高的流量系數(shù)和總壓

5、恢復(fù)，吞入36％唇口高度來流附面層后，等壓力梯度設(shè)計(jì)曲面壓縮二維進(jìn)氣道流量系數(shù)比二楔壓縮二維進(jìn)氣道高0.6％，總壓恢復(fù)高6.8％。三楔壓縮二維進(jìn)氣道在吞入較厚附面層后會導(dǎo)致不起動(dòng)。同時(shí)，比較了均勻來流和非均勻來流條件下頂板平面壓縮+側(cè)板平面壓縮、頂板平面壓縮+側(cè)板曲面壓縮、頂板曲面壓縮+側(cè)板平面壓縮和頂板曲面壓縮+側(cè)板曲面壓縮四種側(cè)壓式進(jìn)氣道性能。在均勻來流條件下，側(cè)板采用等壓力梯度設(shè)計(jì)曲面壓縮系統(tǒng)的側(cè)壓式進(jìn)氣道性能較好；在非均勻來流條