【摘要】：高超聲速進(jìn)氣道是超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一,起動(dòng)狀態(tài)是其正常、高效工作的前提。如果高超聲速進(jìn)氣道處于不起動(dòng)狀態(tài),超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能將會(huì)急劇下降,甚至可能引發(fā)飛行事故。理論上來說,高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)狀態(tài)是不可避免的。受多種因素的影響,高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)存在多種模式。掌握高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)多模式流動(dòng)機(jī)理及失穩(wěn)特征、高超聲速進(jìn)氣道多種工作模式轉(zhuǎn)換特性,是高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)控制的關(guān)鍵。本文面向高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)的相關(guān)問題,開展如下幾個(gè)方面的工作:對(duì)比無粘流動(dòng)和有粘流動(dòng)下高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng),發(fā)現(xiàn)考慮粘性時(shí),邊界層分離起著主要作用,分析超額定工況下進(jìn)氣道工作模式,發(fā)現(xiàn)當(dāng)唇罩內(nèi)壁面邊界層發(fā)生大尺度分離后,唇口前出現(xiàn)弓形激波。這種新的不起動(dòng)模式被定義為局部不起動(dòng)。非定常數(shù)值模擬激波風(fēng)洞噴管-簡(jiǎn)化進(jìn)氣道耦合起動(dòng),和全尺寸高超聲速進(jìn)氣道在簡(jiǎn)化風(fēng)洞起動(dòng)波系下脈沖起動(dòng)過程,觀察到超額定工況下進(jìn)氣道局部不起動(dòng)。從穩(wěn)態(tài)角度分析,進(jìn)氣道外壓縮激波在唇罩處反射由規(guī)則反射轉(zhuǎn)變?yōu)轳R赫反射是局部不起動(dòng)發(fā)生的原因。對(duì)比無粘流動(dòng)和有粘流動(dòng),發(fā)現(xiàn)粘性效應(yīng)導(dǎo)致唇罩附近流場(chǎng)由激波/膨脹波相交變?yōu)榧げ?邊界層干擾,局部不起動(dòng)觸發(fā)條件也因此發(fā)生變化。改變唇罩角和外壓縮激波在唇罩入射點(diǎn)下游壓力,觀察到局部不起動(dòng)/起動(dòng)轉(zhuǎn)換,并且在該轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)遲滯。數(shù)值研究亞額定/超額定工況低總焓、高總焓來流下燃料噴射和高總焓來流下燃料燃燒引起高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)過程,發(fā)現(xiàn)高總焓來流下燃料噴射觸發(fā)不起動(dòng)所需燃料流量比例要高于其他兩工況,并且激波串向上游運(yùn)動(dòng)更容易出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。超額定工況下,進(jìn)氣道上壁面分離尺度更大,最終唇口前出現(xiàn)弓形激波,發(fā)生局部不起動(dòng)。在亞額定/超額定工況下,當(dāng)燃燒室反壓振蕩時(shí),激波串以相同頻率跟著振蕩,但是它跟反壓振蕩存在時(shí)滯,高頻振蕩時(shí)出現(xiàn)相位相反。激波串振蕩呈現(xiàn)滯環(huán),振蕩范圍隨反壓振幅增加而增加,隨振蕩頻率增加先增后減。進(jìn)氣道能承受最大瞬態(tài)反壓隨振蕩頻率增加而增加。超額定工況下,下壁面振蕩會(huì)更劇烈,激波串振蕩滯環(huán)始終是順時(shí)針方向,而亞額定工況在反壓振蕩頻率較高時(shí)呈現(xiàn)逆時(shí)針方向。通過數(shù)值模擬研究了高超聲速進(jìn)氣道常規(guī)不起動(dòng)/起動(dòng)、局部不起動(dòng)/起動(dòng)和局部不起動(dòng)/常規(guī)不起動(dòng)工作模式轉(zhuǎn)換的突變特性,介紹了用于研究非連續(xù)變化和突變現(xiàn)象的突變理論,分析了高超聲速進(jìn)氣道多種工作模式轉(zhuǎn)換的突變模型,但是考慮到高超聲速進(jìn)氣道流動(dòng)機(jī)理復(fù)雜,突變模型的建立非常具有挑戰(zhàn)性。利用數(shù)值模擬,獲取了由來流條件和燃燒室反壓變化引起的高超聲速進(jìn)氣道多種工作模式轉(zhuǎn)換特性,研究了高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)/起動(dòng)轉(zhuǎn)換的可達(dá)路徑。分析高超聲速進(jìn)氣道常規(guī)不起動(dòng)和局部不起動(dòng)特征后,研究了基于空氣流量測(cè)量的進(jìn)氣道不起動(dòng)監(jiān)測(cè),提出了一種基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和前體壁面壓力測(cè)量的預(yù)估-校正方法來測(cè)量進(jìn)氣道空氣流量。介紹了利用進(jìn)氣道喉道附近壁面動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)的時(shí)域和頻域特征來監(jiān)測(cè)進(jìn)氣道不起動(dòng)的方法,并提出了利用時(shí)間序列分析,基于AR建模AIC值、模型殘差方差和K-L信息距離等不起動(dòng)監(jiān)測(cè)方法。局部不起動(dòng)時(shí),壁面壓力升高幅度更明顯,振蕩能量則比較分散,不存在明顯的主頻。利用這些特征,基于壓力幅值、功率譜等方法可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)并識(shí)別高超聲速進(jìn)氣道局部不起動(dòng)和常規(guī)不起動(dòng)兩種模式。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V211.48

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本文編號(hào)：2310326