發(fā)布時間：2018-04-01 20:38

  本文選題：高超聲速進氣道　切入點：流體式可調(diào)進氣道　出處：《南京航空航天大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：本文以一種流體式激波控制技術(shù)以及應(yīng)用此技術(shù)的流體式高超聲速可調(diào)進氣道為研究對象,利用理論分析、數(shù)值模擬以及風(fēng)洞實驗等研究手段對相關(guān)氣動原理、設(shè)計與分析方法、參數(shù)影響規(guī)律等進行了研究。論文首先構(gòu)建了一套針對流體式激波控制技術(shù)的理論分析與設(shè)計方法。分析了流體式可調(diào)進氣道的激波調(diào)節(jié)需求,推導(dǎo)了相關(guān)的公式,并從邊界層動量積分方程出發(fā)推導(dǎo)了二次流注入率、注入角度與邊界層動量損失厚度之間的關(guān)系式,以此為基礎(chǔ)建立了根據(jù)第一級激波推動幅度預(yù)測二次流消耗量的理論分析方法。對不同二次流注入角度工況的理論計算結(jié)果顯示,為了達到同樣的推動幅度,所消耗的二次流流量隨注入角度的增加而減少,該規(guī)律與二維數(shù)值模擬結(jié)果相一致,并且相對偏差在6.35%~16.47%以內(nèi)。而后,使用數(shù)值模擬手段對流體式激波控制技術(shù)進行了參數(shù)化研究,獲得了二次流分布規(guī)律、注入壓比、注入角度等的影響規(guī)律,并在風(fēng)洞實驗中成功地利用二次流推動了進氣道的前體激波,證明了流體式激波控制概念的可行性。同時,對不同注入角度方案的吹風(fēng)實驗表明,相同激波推動幅度條件下,逆流注入方式比順流注入方式所需的二次流流量少,進一步驗證了理論分析方法得到規(guī)律的正確性。進一步,提出了流體式激波控制技術(shù)在高超聲速進氣道上的三種應(yīng)用模式,給出了具體的流道實現(xiàn)方式,形成了三個流體式可調(diào)進氣道,并在其工作馬赫數(shù)范圍內(nèi)進行了全流道仿真研究,對其工作原理、氣動性能以及可實現(xiàn)性進行了分析。結(jié)果顯示,三個可調(diào)進氣道均可在馬赫數(shù)5.0~6.0范圍內(nèi)始終保持激波系封口,消耗二次流比例不超過2.2%,這使得其低馬赫數(shù)的流量系數(shù)相比定幾何進氣道提高20%以上,總壓恢復(fù)系數(shù)也有不同程度的提高。并且,三個方案各具特點:各級激波獨立控制方法對前體各級激波的控制基本互不影響;內(nèi)通道-前體循環(huán)的激波系重構(gòu)方法可以實現(xiàn)第一級激波的單向偏轉(zhuǎn),并可弱化第二級激波;前體自循環(huán)的激波系重構(gòu)方法可以避免引氣量受內(nèi)通道壓力波動的干擾,并避免引氣過程對內(nèi)通道流動結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。在此基礎(chǔ)上,仿真研究了流體式可調(diào)進氣道的波系封口馬赫數(shù)、型面切換馬赫數(shù)以及前體壓縮面波系配置方案等對其氣動性能的影響。結(jié)果表明,流體式可調(diào)進氣道的封口馬赫數(shù)越低,其低馬赫數(shù)下流量系數(shù)提高的幅度越大,但是前體激波需要調(diào)節(jié)的幅度也隨之增大,消耗的二次流流量增加。另外,由于流體式可調(diào)進氣道需要在封口馬赫數(shù)狀態(tài)配波,在巡航馬赫數(shù)獲得高的總壓恢復(fù)系數(shù),其最佳波系配置方法與常規(guī)定幾何進氣道不同。最后,本文設(shè)計了三套含內(nèi)置調(diào)節(jié)機構(gòu)的流體式可調(diào)進氣道實驗?zāi)Ｐ?其波系封口馬赫數(shù)為5.0。實驗中,三個進氣道方案均在來流馬赫數(shù)5.74狀態(tài)成功地利用二次流將前體兩級激波控制到封口狀態(tài),且此時內(nèi)外波系結(jié)構(gòu)符合設(shè)計意圖,證明了三種流體式可調(diào)進氣道方案的可行性。對前體自循環(huán)的激波系整體重構(gòu)方案,還對其進行了變攻角實驗和節(jié)流實驗研究,結(jié)果表明其具有一定的攻角適應(yīng)性,并且節(jié)流過程并不會影響到進氣道的前體激波系。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V211.48

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