壁面马赫数分布规律可控的新型内收缩基准流场设计方法

根据有旋特征线理论,设计出了沿程马赫数下降规律可控的轴对称基准流场,分析了基准流场的几何参数(前缘压缩角及中心体半径)的影响规律,发现选取较小的前缘压缩角和中心体半径有利于得到性能优良的基准流场;然后在设计状态Ma=6时研究了三种典型的马赫数下降规律对这种轴对称流场性能的影响。最后考虑了粘性的影响,并进行了粘性修正探索,结果表明,采用附面层位移厚度修正方法后,基准流场的壁面压力分布和无粘情况吻合良好。      

二维超声速混压式进气道的数值模拟

本文采用TVD格式求解二维可压非定常Euler方程组,对二维超声速混压式进气道进行了数值计算,首先模拟了后部压力对进气道的影响过程,当进气道的后部压力与入口压力的比值逐渐增加时,进气道内的正激波逐渐往前移动,当比值达到一个临界值,进气道将不起动.其次.通过对R52.1和R54.5两种进气道模型进行计算,对它们的总压恢复进行了对比.通过计算得到了喉道处曲线弧的曲率越大,进气道的总压损失越大,进气道也越难起动.     

侧压式道气道流场特性研究

应用表面油流和压力测量技术,结合数值模拟方法研究了超燃冲压发动机侧压式进气道无支板和有支板两种典型工况的基本流动特性.结果表明:由侧壁诱发的后掠激波与底板边界层相互作用,形成一对逆向旋转的漩涡,该漩涡在下游不断发展并偏离底板,在出口截面形成一个低马赫数低总压区;支板的引入增加了压缩率,但同时导致底板与侧壁边界层严重分离,使进气道性能偏离设计工况.     

几何参数对V字形钝前缘气动热特性影响

针对三维内转式进气道V字形唇口部位气动热载荷严酷的问题, 将唇口简化为V字形钝前缘, 在来流马赫数6条件下, 采用数值模拟并辅以激波风洞实验, 研究了气动热随前缘几何参数的变化规律. 结果表明, 在半径比R/r (根部倒圆半径R和前缘钝化半径r之比)和半扩张角β的联合作用下, V字形根部主要出现三种激波反射类型, 其壁面热流峰值的位置和大小均差异明显. 在(R/r, β)几何参数空间中, 当R/r和β都相对较小时, V字形根部发生异侧激波规则反射, 超声速气流冲击驻点附近壁面, 并产生极其严酷的第一类中心热流峰值, 最高可达相同钝化半径圆柱驻点热流的12倍. 当R/r或β较大, V字形根部发生马赫反射时, 异侧超声速射流对撞以及激波/边界层干扰分别导致了第二类中心热流峰值和外侧热流峰值, 其严酷程度仅次于第一类中心热流峰值, 采用R/r和β建立了第二类中心热流峰值和外侧热流峰值强弱转变的边界. 当R/r充分大, V字形根部发生同侧激波规则反射时, 第二类中心热流峰值和外侧热流峰值都减小至相同钝化半径圆柱驻点热流的水平.      

内聚锥形激波的非均匀强化与结构演变特征

以高超声速内转式进气道流动中的激波汇聚问题为背景,考虑工程实际中的来流和壁面几何条件这两个关键因素,分别提出了以来流攻角为研究参数的非轴向来流内锥流动模型,和以长/短轴比为研究参数的椭圆入口内锥流动模型.采用激波风洞实验观测和数值模拟相结合的方法,揭示了两类流动中激波的非均匀汇聚特征.结果表明:由来流攻角引起的激波初始沿周向强度分布的不均匀性会在汇聚过程中被放大,迎风面和背风面的激波差异不断加剧;来流攻角越大,初始激波强度不均匀性越强,在汇聚过程中激波面越容易出现不连续的拐折,且出现拐折后激波的汇聚效应会被削弱.由椭圆入口形成的等强度激波在初始时周向的几何不均匀性使激波在汇聚过程中出现沿长/短轴方向的强度差异,激波沿长轴方向上的强度增加更迅速;椭圆长/短轴比越大,激波初始几何不均匀性越强,在汇聚过程中长/短轴两个方向激波强度差异凸显得越快,波面越容易出现不连续的拐折,进而削弱激波的汇聚.在偏离轴对称达到一定程度时,这两种条件下的激波汇聚都会出现汇聚中心处从Mach反射向规则反射的转变.      

考虑边界层效应的进气道声衬最优阻抗的快速预测方法研究

在进气道内布置声衬可大幅降低大涵道比涡扇发动机的风扇前传噪声,对其声阻抗进行优化可进一步带来结构设计和空间布局上的收益;传统设计过程中针对最优声阻抗的预测没有考虑边界层效应,然而其对某些工况下的声吸收率误差达10 dB。为兼顾预测精度和计算耗时,本文发展了一种考虑边界层效应的最优声阻抗的快速计算策略:基于Brambley阻抗边界条件下线性化的欧拉方程的解,假设最低衰减模态的最大吸收率发生在圆管道模态归并点(野点),将声衬阻抗优化问题转化为寻找第一个野点对应声阻抗问题。采用该方法考查了不同平均流马赫数、边界层厚度、周向模态阶数和频率的影响,并与数值精确解及其他学者计算结果进行对比,结果证明了该方法的有效性,为将其推广到缓变进气道和多模态传播问题提供了参考。     

歼击机进气道结构强度设计方法研究

重点介绍了基于几何非线性和总体-局部(GLOBAL-LOCAL)求解策略的进气道结构强度仿真分析技术,以此技术建立先进的进气道结构强度设计方法。该方法精度高,工程实用性强。该方法对现代歼击机进气道结构设计能够大幅度提高进气道结构强度品质,降低设计成本,提高设计一次成功率。给出了应用实例。     

等压比热在基于壁面放电的激波控制中的影响

放电等离子体对流动的控制机理可按热效应和非热效应分为两大类,其中放电等离子体的热效应对流场中激波结构有着明显的控制作用. 目前在放电等离子体热激励对激波控制的数值模拟过程中,通常采用等效热源的方式来实现放电的热效应,数值模拟和实验的结果显示放电产生的局部温度可达到上万度. 如果数值模拟的过程中没有考虑到气体等压比热随温度的非线性变化,计算得到的结果是有失真实性的. 本文以5 马赫的超音速进气道为平台,对基于壁面放电的激波控制过程进行了数值模拟. 选取了随温度非线性变化的等压比热,并且将其结果与定等压比热的计算结果进行了对比. 结果发现:(1) 两种等压比热下,计算结果显示放电热激励在激波控制上都有着显著的效果;(2) 两种计算结果在模拟与温度相关的参数(温度、马赫数和总压恢复系数)上的差别非常明显. 因此,为了获得壁面放电对激波控制更真实的计算结果,必须考虑到等压比热随温度发生非线性变化效应的影响.      

局部凸起在V形钝前缘模型中的降热特性研究

三维内转式进气道的唇口结构通常存在复杂的激波干扰及严酷的气动热载荷,严重威胁高超声速飞行器的性能与安全.在6.0马赫的高超声速流动中,以V形钝前缘模型为研究对象,设计了局部凸起的被动流动控制降热方案.采用数值模拟手段,首先研究了局部凸起方案的降热能力以及降热原理,然后初步优化了局部凸起的位置、高度以及宽度等关键设计参数,最后分析了优化后的局部凸起方案的攻角、侧滑角及马赫数的适用性.研究结果表明:上游凸起边缘形成的斜激波与主马赫反射结构形成的透射激波发生干扰,能够减弱其冲击壁面的强度,实现降热的目的;驻点凸起通过改变超声速射流的对撞角度,能够降低其对撞的强度,实现降热的目的.原始方案的降热能力约为37.75%,在对局部凸起的关键设计参数进行初步优化后,优化方案的降热能力将提升至44.60%.设计工况下的优化方案具有良好的攻角适用性,而高度可变的优化方案可以较好地适用于有侧滑角及高马赫数的流动.在研究范围内,高度可变的优化局部凸起方案的降热能力均高于20%.