表面微沟槽对压气机叶栅气动性能的影响

为减小叶型损失,在压气机叶栅叶片表面布置沿流向的对称V形微沟槽,采用数值模拟方法研究了沟槽宽度和顶角、沟槽间隔、沟槽覆盖范围、进口湍流度以及来流马赫数对叶栅气动性能的影响。结果表明,总压损失降低主要由吸力面沟槽产生,合理匹配沟槽几何参数、覆盖范围以及来流条件,可实现较优的减损效果。对吸力面局部带沟槽结构,相同冲角下无间隔沟槽的减损效果优于有间隔沟槽的减损效果,当无间隔沟槽顶角度为60°时减损效果最优;相同沟槽结构的减损效果与冲角相关。来流湍流度增加使得相同冲角下光滑叶片和带沟槽叶片的总压损失增大,相同沟槽结构在同一冲角下的减损效果及最优减损效果对应的冲角受来流湍流度影响。冲角不变时相同沟槽结构的减损效果随来流马赫数增大整体呈下降趋势,最佳减损效果对应的无量纲沟槽宽度和具有减损效果的无量纲沟槽宽度范围不同。当保持沟槽无量纲宽度不变和沟槽其它参数不变时,不同来流马赫数条件下的最佳减损效果及其对应的冲角不同,较低来流马赫数条件下最佳减损效果更突出。微沟槽能够减小壁面平均剪切应力和湍动能,降低湍流边界层损失,同时能够推迟边界层流动分离,使得叶型损失降低。

二元超声速混压式进气道亚临界稳定裕度研究

为了研究内收缩比和来流马赫数对二元超声速混压式进气道亚临界稳定裕度的影响规律及失稳机制,采用二维非定常仿真方法研究了内收缩比(ICR)为1.04~1.25的进气道在来流马赫数Ma0为2.4的条件下,以及内收缩比为1.08的进气道在来流马赫数为2.2~2.8条件下,其由稳态向失稳状态转变的过程。研究结果表明:(1)当Ma0=2.4时,在1.04≤ICR≤1.12内,随着ICR增加,亚临界稳定裕度ζ减小;1.16≤ICR≤1.25内,随着ICR增加,亚临界稳定裕度增大。(2)在内收缩比为1.08的条件下,马赫数变化引起的分离激波角和分离包再附压升两个关键因素变化共同主宰着进气道亚临界稳定裕度的变化趋势。(3)总体上,根据稳定亚临界初始状态的三相点无量纲高度?b是否大于1可将进气道的亚临界稳定裕度变化情形分为两类,当?b<1时,ζ随着?b的增加而减小;当?b> 1时,ζ随着?b的增加而增加。

吸气式飞行器连续变马赫数风洞试验技术

为研究吸气式飞行器加/减速引起的进气道起动/再起动现象,以及该过程导致的飞行器整体气动性能突变问题,基于二维楔面激波机理,在1.2 m量级风洞中开展了超声速连续变马赫数试验技术研究,通过研制激波发生与控制系统,实现了一次风洞试验过程中马赫数连续可调。该技术方案具有马赫数调节简单、响应快,马赫数控制可靠、精度高等特点。流场校测表明,瞬时变马赫数区域流场品质满足国军标要求,可开展基于马赫数连续变化的测力测压等风洞试验。在进气道动态特性验证试验中,成功捕获了连续减速状态下进气道由起动到不起动的动态过程,临界状态特性与仿真结果一致性较高。

影响高超声速进气道起动能力的因素分析

对一系列不同收缩比、不同波系配置的内压缩通道二维流场进行了数值模拟。研究了面积收缩比、飞行高度和来流攻角对高超声速进气道起动性能的影响,提出了进口起动马赫数和来流起动马赫数的概念。研究表明,当进气道收缩比增大时,进气道的进口起动马赫数增大;来流起动马赫数由外压波系强度和进口起动马赫数决定,所以来流攻角变化改变外压波系强度,从而改变来流起动马赫数;随着飞行高度的增加,来流起动马赫数和进口起动马赫数增大,造成这一变化的原因是飞行高度不同,来流雷诺数不同,造成收缩段进口截面附面层厚度不同。

马赫数2.5～7.0的二元变几何进气道设计

针对RBCC发动机Ma=2.5~7.0的宽范围工作要求,提出了一种部分顶板转动+唇口平移的二元进气道变几何方案,并通过数值仿真对其总体性能和调节方法进行了研究。结果表明:采用激波依次封口设计概念的变几何进气道在高低马赫数下的总体性能较优,尤其具有良好的流量捕获能力。转动部分顶板的变几何方案拓宽了进气道工作范围,向后平移唇口可以实现超额定工况的起动和Ma=2.3的自起动。变几何进气道的调节方法简单、工程应用可行。

不同入口马赫数对超燃冲压发动机尾喷管的性能影响研究

针对采用多目标优化方法设计的超声速燃烧冲压发动机非对称喷管,采用RNGk-ε湍流模型和有限体积方法数值求解有组分的守恒形式Navier-Stokes方程,数值模拟喷管不同入口马赫数条件下的喷管流场和性能。计算结果表明:喷管入口马赫数的变化会对喷管内流参数带来一定影响,导致喷管的推力和升力同时增大或减小,飞行器的配平性能可能会受到一定影响。

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。

TBCC发动机用进气道设计及沿飞行轨迹斜板角度优化分析

基于Oswatitsch的最佳波系理论、Kantronitz准则和CFD技术,开展了TBCC发动机用二维混压式几何可调进气道的设计研究。基于一维气动热力学理论和CFD技术,完成了沿飞行轨迹斜板角度的优化和典型工作点上进气道特性的计算。计算表明,基于一维气动热力学理论、Oswatitsch最佳波系理论、Kantronitz准则和CFD技术,且有附面层抽吸设计的进气道能够满足沿飞行轨迹的TBCC发动机性能要求,并具有良好的内外特性。

型面设计马赫数对马赫数分布可控高超声速内收缩进气道的影响

在研究型面设计马赫数Ma2对马赫数分布可控基准流场在Ma∞=4．0～7．0的性能影响中发现，降低型面设计马赫数可获得更高的流量系数、高马赫数时的增压比以及更短的长度。基于型面设计马赫数Mai=5．5，6．0和6．5的基准流场分别设计了圆形进口的内收缩进气道，并在Ma∞=-4．5～7．0时进行数值模拟。结果表明：基于低型面设计马赫数基准流场设计的进气道具有更好的流量捕获特性和较高的增压比，这与基准流场变化规律基本一致。型面设计马赫数对出口总压恢复系数影响较小。

超声速轴对称进气道流场的数值模拟

利用有限体积法求解二维轴对称可压缩N-S方程,对超声速弹用进气道内外复杂流场进行了数值模拟,数值格式为二阶迎风格式,所得流场结构清晰。研究结果表明:随着来流马赫数的增加,总压恢复系数随之下降,稳定工作范围增大,同时流量系数逐渐增大,在激波贴口后流量系数基本保持不变;在同一来流马赫数的超临界状态下,随着进气道出口反压的提高,结尾正激波向喉道方向移动,结尾激波损失减小,总压恢复系数提高,进气道出口马赫数减小,出口流场畸变程度降低。

隔离段对二维混压式进气道出口参数的影响

利用Fluent仿真软件,对二维混压式高超音速前体/进气道在设计状态和非设计状态下的性能和流场进行了计算。分析表明,进气道在设计状态下的性能得到了明显的提高。同时,有无隔离段以及隔离段长度对进气道出口参数的影响,文中进行了初步的分析,结果表明:有无隔离段以及隔离段长度对进气道出口总温没有太大的影响;隔离段较短时,进气道出口总压比无隔离段小,但当隔离段长度增大到一定值后,进气道出口总压比无隔离段大;隔离段较短时,进气道出口马赫数比无隔离段大,但当隔离段长度增大到一定值后,进气道出口马赫数比无隔离段小。

扩压叶栅最佳弯叶片生成线与进口马赫数之间的关系

为了研究扩压叶栅最佳弯叶片生成线与叶栅进口马赫数之间的关系,用优化的方法,在八个不同进口马赫数下对弯叶片生成线(积叠线)的弯角和弯高进行优化,优化的目标函数为叶栅总压损失系数。结果表明:在同一弯角下,弯叶片总压损失系数随弯高的增大而减小,弯高为50%时总压损失系数最小,最佳弯叶片生成线的弯高为50%。在同一弯高下,总压损失系数随弯角增大呈现类似抛物线的形式的变化规律,存在着一个最佳弯角使总压损失系数最小。在不同进口马赫数下,最佳弯角随着进口马赫数的增加而增大,通过三次多项式曲线拟合得到了一个相对准确的最佳弯角与进口马赫数之间的关系。

气化煤油与乙烯超声速燃烧特性对比

为了研究燃料成分变化对超燃冲压发动机燃烧特性的影响,以气化RP-3(中国3#航空煤油)和乙烯为燃料进行了一系列直连式燃烧试验。模型燃烧室入口参数为Ma=2.92,3.46,总温Tt=1430K。基于点火延迟时间、燃烧室壁面静压分布、推力增益和比冲,对比分析了两种燃料的超声速燃烧特性。结果表明,化学活性更高的乙烯比气化煤油具有更高的燃烧性能和燃料利用效率;Ma=2.92,当量比φ≈0.60和1.06时,乙烯的比冲比气化煤油分别约高15%和7.2%;当Ma增加到3.46时,相当的当量比下乙烯和气化煤油之间的比冲差距稍有扩大,约为18%和9.6%。燃烧室入口马赫数和当量比等工况参数对发动机燃烧特性有显著影响。燃料成分对发动机燃烧特性的影响随当量比的提高而弱化,但对燃烧室入口马赫数不敏感。

短突扩扩压器压力特性的数值研究

短突扩扩压器的性能好坏直接影响到短环燃烧室的总体性能 ,压力特性是扩压器性能最重要的衡量指标。为了进一步深入地研究 ,采用三维数值模拟的方法 ,探讨了短突扩扩压器前置扩压器进口马赫数、突扩角和突扩间隙等参数与压力损失间的变化关系 ,并与试验结果进行了比较。计算结果表明 :在本研究的参数范围内 ,总压损失随进口马赫数的增大而变大 ;存在有最佳的内外环突扩角的组合 (βi=40～ 45°,βo=40～ 5 0°)及相对突扩间隙 (δ=1 .48～ 1 .9) ,使得总压损失系数 σ*最小。数值模拟的结果与试验相比 ,其变化规律是相同的 ,最小总压损失系数所对应的各结构和流动参数的范围与试验也是一致的。

轴对称结构RBCC燃烧室超燃模态燃烧性能研究

针对以支板火箭作为点火和火焰稳定源,燃料支板喷射燃料的轴对称结构RBCC燃烧室,采用数值模拟和直连试验的方法研究了不同燃烧室构型下燃料喷射方案的变化对超燃模态燃烧性能的影响。结果表明:在燃料支板结合壁面喷射方式下,随着燃料支板喷射量的增加,燃烧室的性能逐渐提升;燃料支板结合中心支板喷射方式下的燃烧性能要优于燃料支板结合壁面喷射的性能;凹腔的加入能在一定程度上促进燃料的燃烧,提升燃烧性能,其内推力是燃料支板结合后向台阶作用下的1.1倍;燃料支板高度的增加可增强燃料与空气的燃烧组织效果,燃烧室产生的推力能完全抵消支板高度增加带来的阻力损失。

飞翼无人机保形进排气系统动力数值模拟与流场特性分析

利用计算流体力学(CFD)方法,分别针对保形进气道和膨胀尾喷管风洞试验模型进行数值模拟,验证了模拟进排气动力边界条件的可靠性。再基于飞翼布局无人机双发动机布局下隐身与保形设计要求,设计了矩形进气口S弯进气道和圆矩形喷口尾喷管,并利用数值模拟方法对无人机进排气系统进行了计算分析,获得了无人机全机气动性能及进排气三维流场特性。研究表明:1进排气使得飞翼无人机升阻特性有所下降,但低马赫数(0.5,0.6)下能改善无人机俯仰力矩特性;2随着马赫数增加,进气道总压恢复系数减小且畸变指数增加,而尾喷管轴向推力系数则升高,且推力性能保持较好;高马赫数(0.7)下进气道特性下降较快,设计时应多考虑飞行包线右边界;3侧滑角对于进气道性能影响较大,而尾喷管推力性能受侧滑角影响较小,设计时应多考虑进气道侧滑影响。

基于爆震燃烧的燃气轮机理想热力循环分析

鉴于爆震燃烧具有自增压、传播速度快等优点,提出了将燃气轮机中等压燃烧替换为爆震燃烧的理念,并建立了基于爆震燃烧的燃气轮机理想热力循环模型,对比研究了DCGT(detonation cycle of gas turbine)、Brayton和Humphrey 3种循环燃气轮机的综合性能。在压气机压比、吸热量和透平背压相同的条件下,数据分析结果表明DCGT循环燃气轮机较其他2种循环更具优势,在压比为16时其循环热效率较Brayton循环提高15.4%,燃料消耗率降低13.5%;DCGT循环燃气轮机在压比为6.6时的总体性能与压比为16时的Brayton循环相当。

挡板对四模块可调进气道特性的影响

针对RBCC发动机Ma=2．5～7．0宽范围工作要求，设计了顶板部分可调的四模块二元变几何进气道，并研究了挡板对其总体性能和流场结构的影响。数值计算结果表明：进气道整个工作范围内，鬯、体性能较优，特别是流量捕获能力。带挡板时进气道流场基本保持了二维特征，不带挡板时『呵川具有明显的三维特征，压缩效率降低，流量系数显著下降。带挡板时进气道左／右模块性能摹本相等，不带挡板时左／右模块差别明显，与右模块相比，左模块基本保持了二维流动特征，压缩效率明显更高。

煤氧喷枪中心氧管参数之间的关系

利用等截面管中氧气射流理论公式对影响煤氧喷枪中心氧管氧气流动的主要参数进行计算。计算结果表明：氧气出口马赫数及氧气入口压力与氧管内径、氧气流量、炉内操作压力以及氧气入口温度等因素有关。同时推出计算氧气出口马赫数和氧气入口压力的显式函数公式：Ｍ２＝Ｑ０．８９６３９Ｔ０．４２４８５１ｐ０．８７３３４３Ｄ１．８２７１２×４．３４００７×１０－８ｐ１＝Ｔ０．４９１７９１ｐ０．１３６８１３Ｌ０．３０６４７Ｑ０．８５３５１Δ０．０８０３４Ｄ２．０７７９２×４．

无隔道超声速进气道附面层排除特性飞行试验研究

为了分析评估歼击机无隔道进气道附面层的排除特性,设计搭建鼓包表面附面层压力梯度测量试验系统,进行了不同飞行高度、马赫数和姿态角等工况下的飞行试验。通过对飞行试验数据的整理、计算和对比分析同型号的缩比模型风洞试验结果,研究了无隔道进气道鼓包表面附面层排除特性。研究结果表明:稳定平飞时,在亚声速范围内,随着飞行高度的增加,鼓包构型对附面层的排除效果增大,而在超声速范围内,变化规律相反;在接近马赫数1.8及以上飞行工况下,鼓包表面附面层的扫除能力有所减弱,附面层气流分离加速,进而会造成较大的进气压力损失和畸变。单纯迎角飞行有利于增强附面层的排除能力;而带侧滑角飞行时,附面层压力系数曲线的拐点沿鼓包中心线平行向"背风面"偏移,偏移量与侧滑角成正比,进气道鼓包表面"迎风面"附面层排除能力增大,而"背风面"受气流分离影响而减弱。