S彎進(jìn)氣道不僅具備良好的隱身性能,而且結(jié)構(gòu)緊湊,軸向距離較短,在以渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的無人機(jī)設(shè)計(jì)中具有至關(guān)重要的作用。S彎進(jìn)氣道大曲率的幾何特征會(huì)造成出口流場畸變較大,使流出S彎進(jìn)氣道的氣流均勻性變差,容易使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生喘振等事故。因此,開展S彎進(jìn)氣道氣動(dòng)特性的優(yōu)化研究具有重要意義。本文首先通過對S彎進(jìn)氣道的幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)來提高進(jìn)氣道的氣動(dòng)特性,但僅通過外形優(yōu)化設(shè)計(jì)對進(jìn)氣道氣動(dòng)特性的改善有限,還需考慮流動(dòng)控制技術(shù)�？紤]到一些以渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的無人機(jī)為了冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)在進(jìn)氣道出口段布置溢流孔,本文創(chuàng)造性地提出基于溢流孔的流動(dòng)控制技術(shù),以實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣道出口截面氣動(dòng)特性的有效提高,并將其應(yīng)用于工程實(shí)際中。本文具體工作如下:（1）本文首先對某亞音速S彎進(jìn)氣道的幾何形狀進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。搭建了基于NSGA-II優(yōu)化算法的S彎進(jìn)氣道全自動(dòng)多目標(biāo)優(yōu)化平臺。利用搭建的優(yōu)化平臺,開展了S彎進(jìn)氣道的全自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì),并最終得到優(yōu)化結(jié)果。通過對優(yōu)化前后進(jìn)氣道的氣動(dòng)性能進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn),在設(shè)計(jì)馬赫數(shù)時(shí)總壓恢復(fù)系數(shù)PR略有提高,總壓畸變改善明顯,相比下降54%。本文進(jìn)一步對比分析了優(yōu)化前后的進(jìn)氣道在不同來流馬赫數(shù)下的... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

應(yīng)用S彎進(jìn)氣道的

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論11緒論1.1研究背景近十年來，無人機(jī)一直是國際航空科技領(lǐng)域最活躍和最重要的發(fā)展方向之一，尤其是在軍用領(lǐng)域，無人機(jī)已經(jīng)從傳統(tǒng)的戰(zhàn)場輔助裝備逐步發(fā)展為不可或缺的主戰(zhàn)裝備，在近年來的歷次局部戰(zhàn)爭中發(fā)揮出不可替代的作用。其中，以噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的亞音速無人機(jī)更是各國家發(fā)展的重點(diǎn)。對無人機(jī)而言，動(dòng)力系統(tǒng)是其“心臟”，決定著無人機(jī)的關(guān)鍵性能與飛行品質(zhì)。而以噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的亞音速無人機(jī)一般需要通過進(jìn)氣道為其引氣，可見進(jìn)氣道是動(dòng)力系統(tǒng)的“氣管”，是飛發(fā)匹配的重要組成部分，進(jìn)氣系統(tǒng)性能的優(yōu)劣對無人機(jī)整體性能影響重大。進(jìn)氣系統(tǒng)處于動(dòng)力子系統(tǒng)的最上游，進(jìn)氣道不僅需要為發(fā)動(dòng)機(jī)提供所需的流量，而且要保證氣流的品級，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口對流場均勻性的要求。進(jìn)氣道一般分為亞聲速進(jìn)氣道、超聲速進(jìn)氣道和高超聲速進(jìn)氣道,其中亞聲速進(jìn)氣道應(yīng)用最為廣泛。亞聲速進(jìn)氣道是工作狀態(tài)在亞聲速范圍內(nèi)的進(jìn)氣道，亞聲速進(jìn)氣道的內(nèi)管道設(shè)計(jì)技術(shù)也是設(shè)計(jì)超聲速進(jìn)氣道的基矗常見的亞聲速進(jìn)氣道有皮托式、S形、蛇形等。皮托式進(jìn)氣道主要應(yīng)用于民用飛機(jī)，S形、蛇形進(jìn)氣道常用于各種無人機(jī)及巡航導(dǎo)彈中。(a)梟龍戰(zhàn)機(jī)(b)云影無人機(jī)圖1.1應(yīng)用S彎進(jìn)氣道的梟龍戰(zhàn)機(jī)、云影無人機(jī)近年來，隱身性能成為大多數(shù)軍用無人機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的一個(gè)重要因素。由此，具備良好隱身性能的S彎進(jìn)氣道更加受到重視。另外，對于無人機(jī)總體設(shè)計(jì)而言，無人機(jī)的總體布置、質(zhì)量、成本等都和進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)有關(guān)。S彎進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)緊湊，軸向距離較短，尺寸較小[1]，因此可以有效減少飛機(jī)的總重并降低油

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論2耗。S彎進(jìn)氣道因其優(yōu)良的隱身特性與緊湊的結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)與無人機(jī)，如圖1.1梟龍戰(zhàn)機(jī)、云影無人機(jī)等。S彎進(jìn)氣道通過管道沿程橫截面積的變化對氣流起到減速增壓的作用，本質(zhì)上相當(dāng)于一個(gè)擴(kuò)壓器。S彎進(jìn)氣道有其獨(dú)特的流場結(jié)構(gòu)，2017年寧樂[2]等對S彎進(jìn)氣道的內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)S彎進(jìn)氣道內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生逆主流方向的流動(dòng)，這是因?yàn)檫M(jìn)氣道內(nèi)部橫截面不斷擴(kuò)大產(chǎn)生了逆壓梯度。從圖1.2給出的上下壁面靜壓分布圖可以看到，對于上壁面來說，在第一個(gè)彎處氣流壓強(qiáng)先上升后下降，在第二個(gè)彎處氣流壓強(qiáng)先下降后上升，下壁面的壓強(qiáng)分布正好與上壁面相反。在第一彎處，由于頂部壓強(qiáng)高于底部，會(huì)出現(xiàn)由頂部向底部的二次渦流，在第一彎處下壁面附面層增厚較少，但進(jìn)入第二彎后，由于逆壓梯度的作用，下壁面附面層迅速增厚形成了一對渦，雖然附面層受到周向壓力梯度的作用有由底部移向頂部的趨勢，但由于壓力梯度不大，附面層仍然按原來的方向移動(dòng)（如圖1.3所示）。在S彎進(jìn)氣道出口截面可以看到底部有一個(gè)向上拱起的低能區(qū)，并且有一對反向旋轉(zhuǎn)的渦（如圖1.4所示）。圖1.2S彎進(jìn)氣道上下壁面靜壓分布圖[2]圖1.3S彎進(jìn)氣道內(nèi)部流場總壓恢復(fù)云圖及流線圖[2]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]有無邊界層吸入對S彎進(jìn)氣道流動(dòng)特性的影響[J]. 寧樂,譚慧俊,孫姝.  推進(jìn)技術(shù). 2017(02)
[2]響應(yīng)面法在試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化中的應(yīng)用[J]. 李莉,張賽,何強(qiáng),胡學(xué)斌.  實(shí)驗(yàn)室研究與探索. 2015(08)
[3]S型進(jìn)氣道隱身與氣動(dòng)綜合特性數(shù)值分析[J]. 黃浩然,王宏偉.  航空計(jì)算技術(shù). 2015(02)
[4]半埋入式S彎進(jìn)氣道設(shè)計(jì)及其優(yōu)化[J]. 劉雷,宋彥萍,陳煥龍,陳浮,崔可.  推進(jìn)技術(shù). 2014(10)
[5]半埋入式S彎進(jìn)氣道主動(dòng)流動(dòng)控制研究[J]. 劉雷,陳浮,宋彥萍,陳煥龍.  推進(jìn)技術(shù). 2014(09)
[6]合成射流改善S形進(jìn)氣道流場特性的研究[J]. 陳占軍,王晉軍.  中國科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2012(09)
[7]S彎擴(kuò)壓器中四種湍流模型的比較[J]. 張麗芬,劉振俠,呂亞國.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2008(10)
[8]蛇形進(jìn)氣道地面工作狀態(tài)附面層抽吸試驗(yàn)研究[J]. 靖建朋,郭榮偉.  南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2007(01)
[9]進(jìn)口導(dǎo)流葉片對S彎進(jìn)氣道出口旋流的抑制研究[J]. 郭榮偉,梁德旺,陳貽忠.  空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào). 1996(02)
[10]S彎進(jìn)氣道內(nèi)旋流的有源渦控研究[J]. 林麒,郭榮偉.  航空學(xué)報(bào). 1989(01)

碩士論文
[1]兩種不同進(jìn)口形狀的背負(fù)式S彎進(jìn)氣道的氣動(dòng)特性對比研究[D]. 賈煊.華中科技大學(xué) 2011
[2]半埋入式S彎進(jìn)氣道優(yōu)化設(shè)計(jì)及主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)研究[D]. 桑振坤.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[3]亞音速進(jìn)氣道的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 康磊.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009



本文編號：3270037