本文關(guān)鍵詞：二維連續(xù)曲率超聲速噴管的Evvard方法設(shè)計(jì)研究

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【摘要】：隨著科技迅速發(fā)展,先進(jìn)飛行器呈現(xiàn)出高速化、精確化、遠(yuǎn)程化、隱身化等特征。其中“高速化”特征尤為顯著,作用十分突出,這為高速飛行器地面試驗(yàn)設(shè)備(超聲速風(fēng)洞)提出了越來(lái)越高的運(yùn)行性能和流場(chǎng)品質(zhì)要求。而作為超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)的主要部段,噴管在形成超聲速流場(chǎng)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。噴管設(shè)計(jì)的優(yōu)劣,直接影響了風(fēng)洞流場(chǎng)品質(zhì)的精細(xì)程度。當(dāng)前國(guó)內(nèi)超聲速風(fēng)洞噴管設(shè)計(jì)主要采用Sivells方法,這種方法設(shè)計(jì)的噴管能滿足常規(guī)超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)需要,但與高品質(zhì)超聲速風(fēng)洞的流場(chǎng)精細(xì)化要求還有一定差距。與國(guó)外高質(zhì)量、嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)的超聲速風(fēng)洞相比,國(guó)內(nèi)超聲速噴管設(shè)計(jì)還有很大潛力可挖掘。噴管主要設(shè)計(jì)方法在上世紀(jì)60年代左右趨于完善,至今沒(méi)有大的創(chuàng)新方法出現(xiàn)。早在Sivells方法之前,Evvard等人曾設(shè)計(jì)了一套噴管設(shè)計(jì)方法,從原理上介紹了方法的幾個(gè)主要方面,并說(shuō)明方法能取得較好的流場(chǎng)。近年,研究結(jié)果表明Evvard方法在流場(chǎng)均勻性、軸向馬赫數(shù)分布等指標(biāo)上有一定的優(yōu)越性。因此,為了促進(jìn)國(guó)內(nèi)超聲速風(fēng)洞流場(chǎng)品質(zhì)的提升,為獲取精準(zhǔn)度更高的高速飛行器地面試驗(yàn)數(shù)據(jù),開(kāi)展Evvard方法的噴管設(shè)計(jì)研究具有十分重要的工程實(shí)用價(jià)值。在綜合前人計(jì)算方法的基礎(chǔ)上,通過(guò)自己的理解、分析和比較,逐步掌握了Evvard方法所提到的喉部跨聲速解、軸線馬赫數(shù)分布及壁面曲線計(jì)算等三個(gè)部分。首先,在大部分噴管設(shè)計(jì)中,特征線法是最基礎(chǔ)也是最根本的計(jì)算方法,通過(guò)閱讀文獻(xiàn)及分析前人設(shè)計(jì)方法,掌握了特征線法的基本計(jì)算原則,并編寫(xiě)了相關(guān)計(jì)算程序。其次,通過(guò)閱讀分析發(fā)現(xiàn)Evvard方法的一個(gè)鮮明特征就是摒棄了以往很多方法在喉道附近采用的泉流假設(shè),直接去模擬喉部附近真實(shí)流動(dòng)情況。通常喉部跨聲速解計(jì)算有索爾法、霍爾法及克列格方法等。三種方法對(duì)應(yīng)了三種計(jì)算條件。通過(guò)分析,一是為了方便計(jì)算,另一方面,喉部的邊界條件采用索爾法計(jì)算不會(huì)有很大的誤差,能控制在精度范圍內(nèi),所以在本文中喉部跨聲速解采用索爾法計(jì)算。然后,軸線馬赫數(shù)分布據(jù)喉部跨聲速解和第一菱形區(qū)邊界條件一般可選擇三次曲線和五次曲線,易仕和教授提出了采用六次Bezier曲線模擬軸線馬赫數(shù)分布,本文為驗(yàn)證這些方法的優(yōu)劣,將三種方法進(jìn)行了數(shù)值對(duì)比,結(jié)果顯示在第一菱形區(qū)軸向馬赫數(shù)梯度和試驗(yàn)段縱向剖面馬赫數(shù)均方根偏差等指標(biāo)上差別不大,但是在壁面馬赫數(shù)分布、軸向馬赫數(shù)分布等指標(biāo)上有較大差異,6次Bezier曲線的方法優(yōu)化將在后續(xù)研究工作中繼續(xù)。另外,第一菱形區(qū)邊界條件根據(jù)試驗(yàn)段尺寸和設(shè)計(jì)馬赫數(shù)可以唯一確定。最后,由以上3項(xiàng)邊界條件根據(jù)特征線法由質(zhì)量守恒原理即可算出所求噴管型面。為了驗(yàn)證所求型面的質(zhì)量?jī)?yōu)劣,將其與Sivells方法計(jì)算值進(jìn)行了對(duì)比。通過(guò)初步假設(shè)條件得出的噴管型面在與Sivells方法的流場(chǎng)對(duì)比中,在第一菱形區(qū)軸向馬赫數(shù)梯度、噴管出口剖面馬赫數(shù)均方根偏差、試驗(yàn)段中部剖面馬赫數(shù)均方根偏差和試驗(yàn)段出口剖面馬赫數(shù)均方根偏差指標(biāo)上,“新”方法都要優(yōu)于Sivells方法,雖然“新”方法不能代表最終的結(jié)果,但是它所代表的方向具有一定的指導(dǎo)作用,為下一步工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：超聲速噴管 噴管設(shè)計(jì) Sivells Evvard 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V211.74
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 引言11-21
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)13-20
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 噴管研究方法16-20
• 1.3 小結(jié)20-21
• 第二章 噴管設(shè)計(jì)方法21-39
• 2.1 特征線法21-24
• 2.2 Foelsch方法24-26
• 2.3 Maxwell及Sivells設(shè)計(jì)方法26-36
• 2.3.1 A點(diǎn)和P點(diǎn)之間的型面坐標(biāo)30-32
• 2.3.2 P點(diǎn)和Q點(diǎn)之間的型面坐標(biāo)32-33
• 2.3.3 Q點(diǎn)和U點(diǎn)之間的型面坐標(biāo)33-36
• 2.4 Evvard設(shè)計(jì)方法36-37
• 2.5 小結(jié)37-39
• 第三章 超聲速噴管型面設(shè)計(jì)39-49
• 3.1 喉部跨聲速解39-45
• 3.2 軸線馬赫數(shù)分布45-47
• 3.3 噴管出口邊界條件47
• 3.4 小結(jié)47-49
• 第四章 超聲速噴管流場(chǎng)數(shù)值模擬49-101
• 4.1 Evvard設(shè)計(jì)方法數(shù)值結(jié)果及分析49-88
• 4.2 Sivells方法數(shù)值結(jié)果及分析88-100
• 4.3 小結(jié)100-101
• 第五章 總結(jié)與展望101-103
• 5.1 工作總結(jié)101-102
• 5.2 下一步工作展望102-103
• 附表 噴管型面坐標(biāo)103-111
• 發(fā)表或投稿論文清單111-113
• 致謝113-115
• 參考文獻(xiàn)115-117

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1 劉靜;徐旭;;超聲速橫向氣流中燃料霧化的數(shù)值模擬[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2010年10期

2 錢(qián)家溥 ,陶士慧 ,陳開(kāi)芹;大口徑鋰超聲速流中性化器[J];核聚變與等離子體物理;1981年03期

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本文編號(hào)：599599