斜激波与内凹半圆柱面无粘相互作用

针对三维内转式进气道流动中激波入射内凹壁面主导的复杂波系干扰问题,采用斜激波入射内凹半圆柱面的简化构型,在来流马赫数为6的条件下,通过无粘数值模拟结合理论分析,研究了激波角β_(i)=14°~29°的斜激波在内凹半圆柱面反射形成的三维流场。结果表明,流场对称面均会出现显著高于二维情况的逆压梯度。当β_(i)≤25°时,从侧壁到对称面,斜激波经历了从马赫反射(MR)到规则反射(RR)的转变,形成了MR-RR型流场,转变点处产生的桥激波向对称面延伸,桥激波在对称面反射后产生的压力峰值高于二维斜激波反射;当β_(i)≥25°时,斜激波在侧壁和对称面均发生马赫反射,形成了MR-MR型流场,两种马赫反射分界点处产生的桥激波向侧壁发展,侧壁气流在对称面相撞后产生的压力峰值高于正激波后的压力;当β_(i)=25°时,流场存在MR-RR型和MR-MR型双解现象。通过降维分析理论,揭示了两类流场中转变点和分界点的形成机制,并厘清了桥激波的产生原因和初期演化特征。当β_(i)≥18°时,无粘激波干扰所主导的侧壁气流加剧向对称面汇聚,并在对称面附近产生流向涡对。无粘分析获得的认识,有助于揭示内转式进气道中流动汇聚和流向涡对等现象的形成机理。

一种内并联型内转进气道通道间干扰特性研究

为了研究工作马赫数范围Ma0～6的组合循环发动机进气道的工作特性,设计了一种三通道内并联型可调内转进气道,为了适应进气道能宽速域正常工作,在内转进气道的顶板压缩面上进行了变几何设计,可以调节进气道的内收缩比,兼顾了进气道低马赫数下的起动性能和高马赫数下气动性能。采用三维数值仿真的方法对进气道在过渡模态下的反压特性进行了分析研究。研究结果表明,可以通过改变隔离段反压或者涡轮通道反压的大小来调节两通道之间的流量分配和涡轮通道出口的稳态畸变;当增加涡轮通道反压时,涡轮通道的流量系数和稳态畸变会逐渐减小,而冲压通道的流量系数会逐渐增大,最大增加量约为原有流量的23.3%;当增加隔离段反压时,涡轮通道的流量系数和稳态畸变会逐渐增大,而冲压通道的流量系数会逐渐减小,最大减小量约为原有流量的29.3%。

乘波前体三维内转进气道气动融合设计

在传统三维内乘波进气道设计方法的基础上,发展了一种具有乘波压缩特征的前体三维内转进气道气动融合设计方法。通过构造合适的双波入射基本流场,结合斜激波理论,可以推导出一种上游二维乘波流动叠加下游三维内收缩流动的基准流场。在此流场基础上进行流线追踪与气动融合设计,获得了一种乘波前体加三维内转进气道的气动布局方案。对该进气道方案数值模拟研究结果表明:在Ma6.0的设计状态下,该方案流量捕获系数能够达到0.96,总压恢复系数为0.53;而在Ma4.0的非设计状态,该方案流量捕获系数能够达到0.71,总压恢复系数为0.70。此外,与典型的前体二维混压进气道进行对比研究,乘波前体三维内转进气道方案总体性能提升明显,尤其是进气道流量捕获系数在设计状态下较二维方案上升了4.1%。

一种涡轮基组合动力的整机低速风洞试验研究

针对一种多通道三动力涡轮基组合动力开展了整机低速风洞试验,着重从总体性能、流量分配、压力分布等方面,对三维内转组合进气道与涡轮发动机的耦合特性进行了分析。主要结论如下:低速状态下,三维内转进气道将给涡轮发动机带来最大10%的总压损失,组合动力推力最大损失24%、耗油率增加26%;内转进气道涡轮通道呈现出口总压分布不均、沿程静压先减小再增大的现象,随着涡轮发动机转速增大,通道出口高总压区逐渐向一侧移动;为减小低速状态三维内转进气道涡轮通道的流道损失,建议引入辅助进气门等引流装置、动态调整冲压通道流道面积,以匹配涡轮发动机工作状态。

转级模式对三维内转组合进气道模态转换性能的影响分析

为满足XTER组合循环发动机的工作需求,设计了一种具备涡轮、引射火箭、冲压三种模态,工作速域Ma∞=0.0~6.0的三维内转四通道组合进气道。重点对比分析了引射火箭至冲压的模态转换过程在固定马赫数转级(Ma∞=4.0)和区间马赫数转级(Ma∞=3.0~4.0)模式下的流动与性能特性。结果表明:该进气道在两种转级模式中均正常工作,进气道的捕获流量均能实现由引射火箭通道向冲压通道平稳过渡。固定马赫数转级时,由于分流板的调节,进气道总流量系数由0.92降至0.91,喉道马赫数从2.47降至1.99。引射火箭通道出口总压恢复系数随分流板的逐渐关闭从0.28下降至0.13,冲压通道出口总压恢复系数从0.27升至0.48。区间马赫数转级时,进气道总流量系数从0.89上升至0.91,喉道马赫数从1.63增至1.99。引射火箭通道的出口总压恢复系数随分流板的逐渐关闭从0.60下降至0.13,冲压通道出口的总压恢复系数从0.55下降至0.48。两种转级模式下,冲压通道的抗反压能力均逐渐增强,但结合通道内流动特性与各项性能参数,选择区间马赫数下转级可提高该组合进气道的综合气动性能。

XTER内收缩组合进气道设计理念及气动特性

组合循环发动机的进气道特性是决定整体方案可行性的关键因素之一。本文针对XTER(Xiamen Turbine Ejector Ramjet)组合动力总体需求,详细梳理了XTER内收缩组合进气道的设计理念及设计要素,在此基础上重点分析了该组合进气道的流动结构及特性规律。结果表明,XTER组合进气道各设计要素及设计约束相互耦合,分流调节机构是组合进气道设计的核心,其设计难度高且使设计要素的相互制约问题更为突出。在全速域马赫数0~6范围内,XTER内收缩组合进气道的流动结构差异显著,但总流量系数均维持在0.75以上,有效保障了组合发动机的流量捕获,且分流调节机构能够实现模态转换过程中流量的平稳过渡。在马赫数2.5涡轮-引射亚燃模态转换过程中,引射亚燃通道及超燃通道总压恢复均稳定上升,在模态转换完成时总压恢复均接近或超过0.85。在区间马赫数3~4.5的引射亚燃-超燃模态转换过程中,进气道总流量系数由0.81提升至0.90,引射亚燃通道在前62.5%的进程中保持较高的总压恢复性能,表明该通道在前半程的模态转换过程中仍具有较强的工作能力。综合来看,XTER内收缩组合进气道的气动特性能够满足动力方案总体需求,全速域范围内流量系数变化缓和,模态转换过程中通道性能过渡平稳,具备宽速域连续正常工作能力。

高超声速进气道发展研究

论述了国内外高超声速进气道的最新研究动态,概括阐述了轴对称进气道、二维进气道、三维侧压式进气道和三维内收缩进气道的典型特点与性能,重点展开分析了三维内收缩进气道的设计原理与种类,包括基于流线追踪的内乘波进气道、几何变截面过渡的进气道和气动变截面过渡的进气道,介绍了该类进气道的优缺点与应用前景,最后对高超声速进气道研究应用方向进行了展望,指出三维内收缩进气道是目前新型高超声速飞行器研究与应用的热点,但其与机体一体化设计带来的内外流强耦合问题,值得深入研究。

曲锥前体/三维内转进气道一体化设计与分析

对圆锥流场在不同攻角条件下的气动特征进行分析,以流线追踪技术为基础,发展了一种曲锥前体/三维内转进气道一体化设计方法,获得了三个几何参数对一体化方案外形和性能的影响规律。研究发现,三维内转进气道侧壁外扩角对进气道流量捕获系数影响明显,而捕获形状圆心角对进气道的影响主要表现在几何特征上。此外,进气道流量捕获系数随外压缩段总长度的增大而减小。基于对捕获形状的研究,设计了一种曲锥前体/三维内转进气道,并通过数值模拟对该方案进行研究。结果表明:在设计点来流马赫数为6.0时,该方案进气道流量捕获系数能够达到0.93,且具有0.61的总压恢复系数;在非设计点来流马赫数为5.0时,流量捕获系数能够保持在0.86,总压恢复系数为0.77。