非定常环境中叶栅总压恢复系数的数值研究

利用以Ni格式和隐式双时间步法求解二维非定常N-S方程为基础的数值模拟方法研究了流动的非定常性对涡轮叶栅总压恢复系数的影响,并与文中提出的定常模型和准定常模型进行了对比。结果发现,非定常流动能够提高叶栅的总压恢复系数,但这是建立在与准定常流相比较的层面上,而和定常流比较时,非定常流只会使总压恢复系数下降。

基于Isight的二元进气道压缩楔射流控制参数优化

二元进气道常用于宽速域吸气式飞行器。宽速域飞行器的飞行速域较大,进气道要兼顾高低速条件下的飞行要求,这存在一定的困难。利用射流进行前体激波控制,在一定程度上可以改善流场,并提升进气道性能,但现有的射流激励方案仅是将激波推至唇口,不一定使得进气道达到最优性能或造成射流流量过多损失,因此射流控制参数的优化是一个重要问题。基于Isight软件搭建优化流程,采用Hooke-Jeeves优化方法,以射流角度、射流宽度以及射流位置作为优化变量,流量系数作为约束条件,总压恢复系数最大作为目标函数进行优化,探究了来流Mach数为6时不同射流参数对进气道性能的影响。结果表明,Hooke-Jeeves优化方法可以应用于进气道前体射流控制参数优化问题,优化后的进气道能够满足流量系数的要求,射流角度优化后的总压恢复系数相对于无射流方案提升18%,综合优化后的总压恢复系数相对于仅优化射流角度提升2.82%。

进气畸变对冲压燃烧室性能影响实验研究

为研究进口气流畸变对冲压燃烧室总压恢复系数、点火边界及燃烧效率等工作性能的影响,对冲压燃烧室模型实验件在均匀进口气流及3种不同的畸变进口气流条件下进行了冷态流阻实验、点火实验及燃烧性能实验。结果表明:进口流场畸变程度对冲压燃烧室的总压恢复系数影响较小;将点火电嘴设置在流场低压区,可以明显提高点火性能,在设计冲压燃烧室时,设置2支点火器并成两侧对称分布,可以保证始终有1支点火器位于流场低压区中,进而扩大点火边界;气流畸变对燃烧效率有明显影响,当进口马赫数大于0.15时,均匀来流燃烧效率略高于畸变来流;当进口马赫数小于0.15时,畸变来流燃烧效率高于均匀来流,其中畸变程度最大的畸变模拟孔板1可以使燃烧效率提高10%以上。

固体火箭超燃冲压发动机补燃室构型的影响分析

针对不同补燃室结构参数对固体火箭超燃冲压发动机补燃室掺混燃烧性能的影响进行研究,分析各级燃烧室的长度与扩张角度对补燃室性能的影响。采用基于密度的二阶迎风格式对补燃室掺混燃烧进行模拟,湍流模型和燃烧模型分别采用SST k-ω模型和涡团耗散模型。结果表明,提高燃烧效率与降低总压损失是相互矛盾的;燃烧效率随燃烧室长度的增加而增大,随燃烧室扩张角度的增加而减小;总压恢复系数随燃烧室长度的增加而减小,随燃烧室扩张角度的增加而增大;一级燃烧室的结构参数对燃烧效率与总压恢复系数的影响最大。当补燃室的总长与出口面积一定时,以发动机的总体性能参数作为补燃室构型的优化目标,对一、二级燃烧室长度与一、三级燃烧室扩张角度进行优化。

冲压发动机进气道掺混段与弹体内外流场一体化数值模拟

采用二阶迎风隐式TVD格式分区求解可压缩N S方程 ,数值模拟了导弹、进气道和掺混段内外流一体化通气模型的复杂流场。本文给出了掺混段出口压力与来流压力比为P/P∞ =3.5 ,4 .2和 4 .9情况的数值模拟结果。并分析了流场特性及激波波系结构 ,总压恢复系数σ和流量系数 φ。同风洞试验结果进行比较 ,表明计算结果是合理的。

一种受总体限制的弹用S弯进气道的设计和实验验证

在飞行器总体对发动机进气道长度、偏距和相贯位置有特定要求及叉形弹翼根部空间的限制情况下,设计了一种大偏距、短扩压的S弯进气道。进气道的设计特点是在唇口后保证有尽可能长的S弯扩压段,扩压段在采用合理的中心线变化规律和面积变化规律的情况下,通过变宽度的方法确定截面形状,以满足总体要求。风洞模型实验结果表明:1.进气道具有良好的气动性能,高的总压恢复系数(σ>0.985),较低的周向稳态总压畸变指数(Δσ0<1.0%)和径向稳态总压畸变指数(Δσp<2.8%);2.在一定马赫数下,进气道性能对正攻角和偏航角不敏感,仍保持高的总压恢复系数和低的畸变;3.进气道出口气流紊流度较低(—Tu<2.5%),因此进气道出口截面的总畸变指数低(w<3.0%)。

一种双斜切双压缩面进气道性能的数值模拟

采用LU SGS隐式推进方法及ROE的通量差分分裂格式 ,结合带非线性限量因子的MUSCL插值方法编写了雷诺平均的三维N S方程的数值求解程序 ,并借助该流场计算程序研究了一种双斜切双压缩面进气道在未经流场控制情况下的流动结构和气动性能(M =1.9,H =11Km)。计算结果表明 :所编制的流场计算程序能够准确快速地求解三维粘性流场 ,并对流场间断具有较高的分辨率 ;所研究的进气道即使在未经流场控制的情况下也具有较高的总压恢复系数 ,这体现了双斜切双压缩面进气道总压恢复系数高的优点 ,但由于流场中存在分离流动 ,应采取抽吸附面层等流场控制措施。

亚燃冲压模型燃烧室高空负压试验

为了验证亚燃冲压燃烧室在高空负压条件下稳定工作的能力,设计了带蒸发式值班火焰稳定器与直射式喷油装置的亚燃冲压模型燃烧室,对该模型燃烧室进行了冷态流阻试验、贫油熄火边界试验以及不同截面燃烧效率试验研究。研究结果表明,试验件的冷态流阻系数略大于1,冷态总压恢复系数0.98以上;蒸发式火焰稳定器贫油熄火边界较宽;两截面燃烧效率最低相差6%,最高相差19%,在高空负压条件下,增加燃烧段长度能显著提高燃烧效率。

液体冲压发动机特性分析

给出了液体冲压发动机特性计算的数学模型,进行了不同条件下发动机的特性计算,分析了飞行高度、燃烧室后总温以及发动机部件总压恢复系数对冲压发动机特性的影响.

气冷环向稳定器张角对混合扩压器性能影响

为了研究气冷环向稳定器张角对混合扩压器性能的影响规律,针对一种混合扩压器和气冷稳定器一体化新型结构,基于N-S方程建立了流场三维数值计算模型,采用数值模拟研究了气冷环向稳定器张角对混合扩压器流场、热混合效率和流动损失的影响规律。结果表明:在气冷稳定器的诱导作用下,外涵冷空气大量入侵内涵高温燃气,使内外涵流体之间进行强力掺混,大大提高了外涵冷空气温度;随着气冷环向稳定器张角的增大,稳定器堵塞比增大,流动损失增大,总压恢复系数减小;14°张角模型的混合扩压器总压恢复系数最大,其值为0.992,比最小值大0.002;此外,热混合效率随气冷环向稳定器张角的增加变化较小,加力燃烧室出口热混合效率最大值与最小值仅相差1.6%。

民用大涵道比涡扇发动机总体性能设计分析

为了更好地满足巨大的民用飞机市场需求,世界几大民机发动机供应商也投入极大精力研制高性能民用发动机,以迎接新的市场。高效、环保、节能、具有较大发展潜力的大涵道比涡扇发动机是未来民用发动机发展的必然趋势。

固体火箭冲压发动机工作包线分析

根据固体火箭冲压发动机工作原理和三维数值仿真与试验结果,建立了较为符合实际的进气道、燃气发生器和补燃室工作数学模型,并对进气道和固体火箭冲压发动机的工作包线进行了分析,提出了进一步拓宽固体火箭冲压发动机工作包线的措施,得出对燃气流量进行调节,是扩大固体火箭冲压发动机工作包线的一种可行的方法。

扩压式双S隐身进气道设计和流场分析

采用扩压式双S隐身进气道能够提高飞行器的隐身特性和综合性能。针对保形短程、高隐身、大偏距的亚音速隐身无人机进气道,以保形入口、中间控制面和出口截面为约束并结合多项式对中心线和面积、截面形状进行控制,实现对保形进口截面形状和弯曲形式复杂的双S隐身进气道的快速设计;在此基础上,研究中心线曲率、面积分布和中间截面形状等参数对进气道性能的影响。结果表明:双S进气道流场特性复杂,第二S弯处顶部的分离和空间二次涡引发的流场畸变的综合控制是设计的重点,通过截面参数约束并结合多项式能够对双S进气道内的流场品质进行控制;在中心线曲率、扩张角和多项式参数等配制上应该朝利于第二S弯流场稳定的方向靠近。

保形通道式扩压器在微型涡喷发动机中的应用

采用结构新颖的保形通道式扩压器并运用其三维设计方法,对某直径16 cm的微型涡轮发动机的扩压器进行改进设计。改进型微型扩压器由完整的主叶片和布置于通道后部的分流叶片构成,相较于原型的径向、轴向分段叶片式扩压器,可全程对气流的扩压度和流向进行控制,避免气流在无叶转弯段的强烈掺混,减小流动损失。数值模拟结果表明,在设计工况下,改进前后扩压器的流量特性基本保持一致,改进型微型扩压器总压恢复系数提高5.5%,扩压能力亦有明显增强。

串联式涡轮冲压发动机加力/冲压燃烧室设计及流场计算

以串联式TBCC加力/冲压燃烧室为研究对象,提出包含一体化整流支板、加力内锥及长短交错的径向火焰稳定器组成的TBCC加力/冲压燃烧室方案。针对TBCC发动机加力/冲压燃烧室进行了数值模拟,获得该燃烧室在不同模态下的流场特性。计算结果显示,在涡轮工作状态和涡轮/冲压共同工作状态下,TBCC发动机加力/冲压燃烧室的总压恢复系数均在95%左右;在冲压工作状态下,其总压恢复系数在86%左右。可以满足在不同模态下加力/冲压燃烧室对总压恢复系数的要求。

冲压发动机二元进气道布局和压缩面位置对进气道性能的影响

建立了二元进气道的性能计算模型,分析了三种进气道布局和不同进气道压缩面位置的进气道性能,对比表明不同进气道布局和压缩面位置进气道的方案各有优缺点,为冲压发动机进气道方案的选择提供了理论依据。

固体火箭冲压发动机固定几何喷管设计问题(英文)

针对现有弹用固体火箭冲压发动机普遍采用的固定几何不可调节喷管，基于流量平衡的基本原理，建立了其理论设计及性能评估的数学模型。结合当前中远程空空导弹提出的Ma=2～3．5宽速度范围设计需求，运用所建立设计模型对实例设计方案开展了计算分析。结果表明，现有固定几何喷管本质上是为满足低速正常接力而折中设计出的，在高速巡航时，因扩张比偏小，不仅喷管出口气流速度和冲量小，而且导致燃烧室压强降低，还额外造成进气道结尾正激波总压损失加大，不能将进气道保有的捕获高速来流动能充分发挥出来。原设计方案在Ma=3．5高速巡航时，进气道实际总压恢复性能对比方案中的最大总压恢复性能水平，相对损失幅度高达42．67％，而且冲压发动机推力与其可能达到的最大值对比，相对损失幅度也高达31．8％。因此建议采用喷管调节技术来解决此类问题。

二元超声速进气道流管压缩量特性与应用初步研究

为研究流管压缩程度与超声速进气道临界总压恢复系数的规律,以双楔外压式进气道为例,对不同来流马赫数、多种方案进行实例研究。研究马赫数范围为2.0至4.0,各种压缩方案涉及宽泛的总转折角范围和多种楔角组合方式。研究结果表明,就通常设计中常用的压缩方案范围而言,临界总压恢复系数与流管收缩比呈明显的正相关变化规律,并在一定的范围内两者呈近似线性关系,基于流管收缩比可实现对临界总压恢复系数大小的近似判断。

双模态冲压发动机高超进气道的实验研究

设计了侧压角为 6° ,后掠角 4 5° ,斜楔板压缩角分别为 4°和 8°的两套带隔离段的高超三维侧压式进气道 ,通过风洞实验研究了来流马赫数、出口反压、斜楔板压缩角以及隔离段等对进气道性能的影响。实验结果表明 ,在高来流马赫数及较小的斜楔板压缩角时 ,进气道的流量系数、总压恢复系数较高。总增压比在不同斜楔板压缩角时基本保持不变。

二元高超声速进气道外压段阻力的理论分析及初步减阻研究

为了给二元高超声速进气道的减阻研究提供理论指导,将反映动量损失的阻力与反映能量损失的总压恢复系数定量地关联起来,推导了二元高超声速进气道外压段阻力的理论公式,并用数值模拟方法初步考核了理论公式的普适性。在此基础上,以理论公式为依据,进行了外压段的初步减阻研究。结果表明:外压段阻力随总压恢复系数的增大而减小,提高总压恢复系数是减小阻力的有力途径;带小初始楔角的等熵压缩因其总压恢复系数较高、长度较短而成为外压段减阻设计的可行方案。初始楔角的等熵压缩阻力相对于楔压缩减小了;相对于纯等熵压缩只增大了,而长度却缩短了。