双S弯进气道锤激波动态特性研究

发动机喘振产生的瞬时高压引起的进气道内锤激波载荷是飞机进气道结构强度设计的关键因素之一。通过对飞行器进行内外流一体化非定常三维数值计算,分析双S弯进气道内锤激波三维流场非定常特性的演化过程,研究了不同马赫数,不同超压比对双S弯进气道锤激波载荷的影响。研究表明:锤激波经过进气道弯道时,弯道外侧流场压力远大于内侧;锤激波离开进气道入口后,进气道内流场经过数个周期逐渐恢复至初始状态;相同进气道反压时,来流马赫数越小,锤激波在进气道内部传播速度越快,且进气道内部压力系数峰值越大;相同来流马赫数下,随着超压比的增大,锤激波在进气道内部传播速度加快,进气道内部压力系数峰值增大。

后甲板对S弯激波矢量喷管流动特性的影响

收-扩型S弯激波矢量控制喷管不仅可以显著降低发动机尾部的红外和电磁辐射强度,还可以实现超声速飞机俯仰方向的推力矢量控制,极大地增强了飞机的隐身性和机动性。由于矩形出口需要与后机身融合,通常将下壁面延长作为后甲板,此时喷流的偏转规律与对称出口喷流的偏转规律不同。本文采用数值模拟的方法,比较了有后甲板和无后甲板S弯激波矢量控制喷管的流动特性,分别研究了有后甲板S弯激波矢量控制喷管的长度和角度对其性能的影响。结果表明:在某些工况下,上壁面二次流注入所诱导产生的斜激波会被后甲板反射,不利于向下推力矢量角的产生;当后甲板表面没有发生开式分离时,下壁面出口喷流会沿后甲板表面附壁流动,因此后甲板长度或角度的增加会使喷流速度轴线向下偏转。

S弯进气道合成双射流流场控制特性分析

针对飞翼布局无人飞行器中S弯进气道明显流动分离和出口总压畸变等问题,提出了基于合成双射流的主动流动控制方法,建立了合成双射流的S弯进气道数值仿真模型。结果表明,在S弯进气道分离点附近施加合成双射流控制,在整个射流周期内通过“吹”“吸”接力可以有效抑制边界层流动分离,有效提升总压恢复系数。对比研究了合成双射流不同射流角度、射流峰值速度和激励频率对S弯进气道流场控制特性的影响规律。结果表明合成双射流与主流的角度越小,流动分离控制效果越好,较大射流峰值速度会对主流形成“阻挡”致使控制效果下降,激励频率与流场特征频率越接近控制效果越明显。

S弯D形矢量喷管参数化设计及气动特性研究

为了满足战机对垂直/短距起降能力的要求,基于曲率控制方法对具有D形出口的S弯喷管进行参数化设计,进而可实现喷管尾段的大角度偏转。随后对不同偏转角、落压比以及设计参数的S弯D形矢量喷管气动特性进行数值模拟,对比并分析了喷管的气动特性。计算结果显示:无偏转条件下,随着落压比π从1.5增大至3.5,喷管流量系数先增大后平稳,在π=2.5时达到最大值,推力系数先增大后减小,且推力方向为飞行器产生一定的抬头力矩;落压比恒定时,随着偏转角度从0°增大至90°,喷管流量系数、推力系数下降,矢量超前角由负值不断增大至+6°左右;设计参数中预留偏转角对喷管气动性能影响较大,而S弯中心线控制系数对气动性能影响较小。本文提出的S弯D形喷管具有较好的气动性能,小偏转角度下矢量角变化趋势较为一致,亦可通过出口段偏转实现发动机推力的大角度矢量偏转。

双S弯二元排气系统遮挡偏距比对壁温与红外辐射影响的试验研究

为了探究不同遮挡偏距比双S弯排气系统的红外特性,试验研究了遮挡偏距比为55%和100%的双S弯二元排气系统的壁面温度分布和红外辐射特性,并与相应的基准轴对称排气系统进行了对比分析。结果表明:S弯喷管壁温整体要比基准轴对称喷管高约25%,第一S弯下游的上壁面附近存在局部高温区,提高S弯喷管遮挡偏距比后,温度梯度加剧,热应力集中。与基准轴对称排气系统相比,55%和100%遮挡偏距比双S弯二元排气系统均具有突出的红外抑制效果,正尾向(α=0°)红外辐射强度分别降低77.7%和79.3%。从温度和红外辐射强度综合评价,遮挡偏距比并非全遮挡最好,遮挡偏距比从55%提高到100%后,仅能有效抑制上方探测面α=5°和10°的红外辐射,而基本不会改变尾向其他探测方向的红外辐射,在工程设计时应权衡优化损失。

出口形式对双S弯排气系统红外特性影响研究

以轴对称收扩喷管为基础,利用截面曲率控制的方法并结合流量匹配原则,设计生成了不同出口形状的双S弯喷管。采用CFD数值模拟技术获得了6种模型的流场特征及组分浓度分布,在此基础上利用逆向蒙特卡洛方法对其进行了红外辐射特征研究,先后对比了不同模型的后半球红外辐射强度空间分布、探测面辐射亮度分布以及后半球锁定距离空间分布。研究结果表明:双S弯喷管能够有效减缩目标红外信号,出口形状对排气系统红外辐射有一定影响,梯形出口模型的红外辐射强度明显低于矩形出口以及椭圆出口模型,相比基准模型至少使红外辐射峰值减缩70%;随着梯形下底角的减小,其红外辐射强度逐渐降低;在推力损失可接受范围内利用合适的梯形出口能进一步降低排气系统的红外辐射强度。

S弯进气道优化设计及分析

为改进隐身飞行器推进系统的气动性能,针对S弯进气道开展了设计和分析。基于数值模拟方法、代理模型和遗传算法构建了一套自动优化方法。在优化设计过程中,结合参数化建模、网格自动生成和改进(SST)湍流模型求解,应用优化方法对飞行器进行了多目标设计,得到了进气道的优化推荐构型。应用尺度自适应模拟(SAS)方法对优化进气道气动性能进行了全面和细致的分析。研究结果表明:SAS方法可以较好地模拟S弯进气道的流动,优化设计能够极大地改进S弯进气道的气动性能;相比原始设计,优化进气道设计点的总压畸变指数降低了16.3%,总压恢复系数提高了1.1%。

半埋入式S弯进气道主动流动控制研究

为了改善半埋入式亚声速S弯进气道出口气流品质,本文采用吹、吸气方式对其进行了主动流动控制数值研究。结果表明:吸气位置、吸气量变化显著影响进气道气动性能,最佳吸气位置位于唇口附近,当唇口吸气量为进气道流量的1.9%时,总压畸变指数降低约45.7%,总压恢复系数和增压比略有提高;而附面层吹气时进气道的性能仅在吹气量较小时有所改善;附面层吹、吸组合控制对流场的改善程度介于上述方案之间,而非单独吹、吸气方案效果的简单叠加。

一种高亚音速弹用S弯进气道设计及其特性

针对导弹进气道的结构特点 ,在前人的工作基础上总结出一种适合导弹使用的大偏距、短扩压 S弯进气道的设计方法。该方法通过变更中心线、面积规律、唇口形状和喉道位置等参数完成进气道的设计。应用本文中使用的 S弯进气道的数学描述方法 ,可以方便地完成 S弯进气道的几何造型工作 ,实现此类导弹用 S弯进气道的参数化设计 ,生成的造型数据也可以为 CFD和 CAM使用。此外 ,作为验证 ,文中应用此方法设计了一个椭圆进口的 S弯进气道 ,并进行了模型的风洞实验。实验结果表明 ,使用本文方法设计的弹用 S弯进气道可以达到较好的气动性能 。

一种S弯进气道的设计与实验研究

在导弹总体几何尺寸的严格限制下 ,通过特定中心线形状和沿程面积变化规律的控制 ,完成了一种大偏距短扩压的亚声速进气道的设计 ,设计中充分考虑了导弹的气动阻力特性。本文还进行了风洞实验研究 ,得到了进气道的性能参数、速度特性、攻角特性和侧滑角特性 ,结果表明该进气道具有良好的气动性能 (总压恢复系数大于 0 .98)。进气道的出口总压图谱表明 ,前急后缓的中心线形状与前急后缓的面积变化规律的组合对出口总压的均匀分布不利。本研究为 S弯进气道的设计和应用积累了经验 ,提供了实验依据。

腹下无隔道大偏距S弯进气道流场特性

针对一种腹下无隔道大偏距S弯进气道,在利用实验结果验证了数值方法的可靠性之后,通过数值模拟分析了该进气道在跨声速段的口面流动特征和内通道二次流特征,解释了声速时性能较高的原因。结果表明:进气道口面设计能够将绝大部分前体边界层低能流扫离进气口;高亚声速和声速时鼓包的静压分布比较相似,而低超声速时则相差较大,这主要由于其形成机理不同;进气道出口截面下方的对涡仍然是由S弯扩压段第2弯的旋流发展而来的。

S弯扩压器中四种湍流模型的比较

采用Realizableκ-ε,S-A(Spalart-Allmaras),SST(Shear stress transport剪切应力输运),RSM(Reynolds stress equation model雷诺应力模型)四种湍流模型对S弯扩压器内的分离流动进行了模拟,分析了不同湍流模型对计算结果的影响.将不同轴向位置的表面压力系数、分离区的大小、马赫数等三个量的实验值与计算值进行了比较,结果表明:分离区湍流模型对表面压力分布影响较大,未分离区不同湍流模型模拟精度相当;S-A模型对分离区的模拟较保守,RSM模型对分离的模拟精度较高,SST与RSM模拟结果很接近;各湍流模型计算的高速区域均比实验值大.扩压器的平均总压恢复系数受湍流模型影响不大,和实验结果吻合较好.

板翅式换热器S弯改进型封头的性能研究

物流分配的不均匀性是导致板翅式换热器性能下降的主要因素。本文提出A、B、C 3种改进型的S弯封头结构,采用数值模拟方法,比较了原始封头和改进型封头出口流体分布的均匀性。结果表明,3种改进型封头物流分配的均匀性较原始封头都有很大程度的提高,其中绝对不均匀度和相对不均匀度的降幅均超过80.0%,极值比的降幅均超过40.0%。说明S弯改进型封头在降低物流分配不均匀性上很有成效,且C型封头在目前的工况下要优于其余的两种改进型结构。

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%)。

无人机两侧式布局的S弯进气道设计与实验

根据现役无人机进气道的结构特点,以后置两侧布局的S弯进气道作为研究对象,完成了一种大偏距、短扩压S弯进气道设计,设计包括中心线、面积变化规律选取以及斜切唇口等;并且对设计模型进行风洞实验研究,得到进气道的速度特性、攻角特性和偏航角特性等。实验结果表明:(1)在大多数实验条件下,进气道具有良好的气动性能,较高的总压恢复(σ>0.986),较低的畸变指数(DC60<0.28);(2)大偏航角状态时,背风侧进气道受机身附面层及机身涡的影响比较大,虽总压恢复系数并不低,但畸变指数DC60较大,在使用中需要采取相应的技术措施。

S弯进气道旋流畸变数值模拟及特性分析

利用FLUENT软件对S弯进气道旋流畸变进行数值模拟,通过分别对不同攻角、侧滑角飞行状态下的进气道沿程及出口流场进行分析,展现了旋流畸变的产生机理和发展过程。引入旋流评价指标,对旋流畸变进行评定,并与总压畸变评价体系进行对比和分析。研究表明:该S弯进气道出口固有的对涡旋流结构不随攻角变化,但旋流强度随攻角的增大略有减弱;在侧滑状态下,该S弯进气道出口对涡旋流消失,旋流以整体涡出现且强度较大;传统的总压畸变指数无法描述旋流,引入的旋流评价指标能较为准确、直观地评定旋流畸变强度和流场结构。

ITER过渡馈线S弯盒的结构优化设计和地震响应分析

在强度静力分析基础上,对S弯盒壁厚、加强筋间距等参数进行了优化设计和校核。在模态分析基础上,对模型进行了频谱分析和动态时程分析,获得地震动下确保结构安全运行的设计参数。

S弯进气道流动控制技术的试验研究

在低速风洞中采用微型叶片作为涡流发生器对某S弯进气道进行流动控制,通过风洞试验研究了微型叶片的不同参数(包括叶片高度、轴向位置、安装组数)对进气道气动特性的影响。试验测量了来流风速V=60m/s、模型攻角α=8°的条件下有/无微型导流叶片时进气道出口截面的总压和静压分布,并由此计算得到进气道出口截面的总压恢复系数和畸变指数。试验结果表明:微型叶片的不同参数(包括叶片高度、轴向位置、安装组数)对进气道流动有明显影响;通过在进气道第一弯道处安装合适高度和组数的微型叶片涡发生器,可以明显改善进气道出口流动;在现有的试验条件下,叶片高度h/Ri=0.02、轴向位置Xvg/Ri=1、组数Nvg=8是相对较优的流动控制方案,主要表现为:与未安装微型叶片相比,进气道流量系数φ=0.8时出口畸变指数降低了0.051,总压恢复系数提高了0.007。

非对称波瓣上外扩张角对S弯二元喷管性能影响

为了明确非对称波瓣上外扩张角对涡扇发动机S弯二元喷管流场、流向涡涡量场、热混合效率、总压恢复系数和壁面最高温度的影响，采用基于Navier-Stokes（N-S）方程的三维数值模拟方法对不同非对称波瓣上外扩张角模型进行了定量研究，并得到了气动热力性能的影响规律。结果表明：非对称波瓣上外扩张角在5°-25°变化时，在波瓣尾缘处，流向涡的无量纲涡量随上外扩张角的增大而增大。在S弯二元喷管出口截面处，热混合效率随上外扩张角的增大而增大，总压恢复系数随上外扩张角的增大呈现出增大-减小-增大的趋势。S弯二元喷管的壁面最高温度随上外扩张角的增大先下降后升高，其中上外扩张角为10°壁面温度最低，约为426K。

一种腹下S弯进气道低速大攻角下气动特性实验

对一种腹下S弯进气道进行了实验研究,得到了低速大攻角下的气动特性,结果表明:随出口马赫数的增加,腹下S弯进气道出口截面的总压恢复系数不断下降,稳态周向畸变指数、紊流度和综合畸变指数均上升;出口马赫数为0.45时,进气道出口总压信号的功率谱在220 Hz处存在峰值,内通道发生了局部流动分离;与地面抽吸状态相比,该进气道在低速大攻角状态下具有较高的总压恢复系数,虽综合畸变指数也偏大,但能够满足发动机正常工作的要求.