【摘要】：TBCC組合推進系統(tǒng)具有比沖高、可重復(fù)使用,能夠水平起落等優(yōu)點,已經(jīng)成為近年來的研究熱點,而排氣系統(tǒng)作為組合推進系統(tǒng)的主要推力產(chǎn)生部件,對于飛行器的總體性能至關(guān)重要。本文將通過理論分析、數(shù)值模擬與風洞實驗相結(jié)合的方法對Ma7一級的并聯(lián)式TBCC組合排氣系統(tǒng)設(shè)計思路與方法進行探索研究。首先,通過文獻調(diào)研整理歸納出高超聲速飛行器對其排氣系統(tǒng)的一般性尺寸約束條件,采用最大推力噴管的方法獲得了沖壓噴管的壁面型線并對其進行了截短處理。在此基礎(chǔ)上提出了下唇板旋轉(zhuǎn)的沖壓喉道面積調(diào)節(jié)方案和分流板旋轉(zhuǎn)、繞后點旋轉(zhuǎn)兩種渦輪喉道調(diào)節(jié)方案,通過數(shù)值模擬的方法對渦輪喉道不同調(diào)節(jié)方案的性能進行了比較,結(jié)果表明分流板調(diào)節(jié)方案能夠獲得更好的氣動性能,能夠滿足排氣系統(tǒng)在模態(tài)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)接點對推力的要求。在確定了TBCC排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案之后,優(yōu)選了Ma=7.0作為排氣系統(tǒng)的設(shè)計點,并能同時兼顧不同飛行工況時的推力性能,在巡航點時推力系數(shù)達到了0.96以上。其次,針對設(shè)計完成的并聯(lián)式TBCC排氣系統(tǒng)開展了飛行包線內(nèi)典型工況的三維數(shù)值模擬,獲得了其流場特征與氣動性能的變化規(guī)律,結(jié)果表明:在整個飛行包線范圍內(nèi),TBCC排氣系統(tǒng)的推力系數(shù)始終保持在0.9以上,沖壓模態(tài)推力系數(shù)能夠維持在0.96以上,在設(shè)計巡航點推力系數(shù)達到0.961。但在跨聲速飛行時噴管內(nèi)氣流處于嚴重的過膨脹狀態(tài),推力性能相對較差,不同工作模態(tài)時排氣系統(tǒng)的升力差異也較大。同時,為了進一步了解模態(tài)轉(zhuǎn)換過程中排氣系統(tǒng)的性能變化,對排氣系統(tǒng)開展了準動態(tài)的三維數(shù)值模擬,結(jié)果顯示模態(tài)轉(zhuǎn)換前后排氣系統(tǒng)的升力變化較大,推力系數(shù)能夠保持在0.9以上。為了驗證數(shù)值計算結(jié)果的準確性,設(shè)計了并聯(lián)式TBCC排氣系統(tǒng)的縮比模型并開展了多組冷流風洞實驗,獲得了不同工況時關(guān)鍵推力型面上的壓力分布與流場紋影圖像,并與數(shù)值計算結(jié)果吻合良好,證明了彼此結(jié)果的可靠性。最后,為了獲得TBCC排氣系統(tǒng)在特定模態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律下氣動性能與流場結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性,使用動網(wǎng)格等技術(shù)對完整的模態(tài)轉(zhuǎn)換過程開展了非定常數(shù)值模擬計算,結(jié)果表明:模態(tài)轉(zhuǎn)換過程中排氣系統(tǒng)出口流場結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,不同股氣流之間的相互作用產(chǎn)生的波系結(jié)構(gòu)非常明顯;在模態(tài)轉(zhuǎn)換過程中,排氣系統(tǒng)推力系數(shù)始終保持在0.9以上,沖壓噴管在初期推力性能較低但并未對排氣系統(tǒng)總推力造成明顯影響;受沖壓流道落壓比與下唇板的轉(zhuǎn)動影響,排氣系統(tǒng)的升力前后變化較大。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V236

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