高超声速进气道内收缩段激波/边界层干扰及控制研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinhua163
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低外阻二元高超声速进气道内收缩段强激波/边界层干扰现象严重影响着进气道流场结构和气动性能。本文提出了一种在低外阻二元高超声速进气道内收缩段布置隔板的流场控制方案,并采用数值仿真在宽马赫数范围内对有/无隔板进气道的流动特征和气动性能开展了研究。首先,基于低外阻二元高超声速进气道内收缩段强激波/边界层干扰的流场特征,提出了一种流场控制概念,并在宽马赫数范围内对该流场控制概念进行了验证。结果表明:在内收缩段布置隔板能够明显抑制低外阻二元高超声速进气道中强激波/边界层干扰诱导的大尺度分离现象,改善进气道流场结构。其控制机理主要在于原型进气道的强激波/边界层干扰被隔板分成了若干处弱激波/边界层干扰,并减小了各干扰区当地的入射激波强度或边界层厚度。当来流马赫数分别为M0=4、5、6时,相比于ICR1.667原型进气道,带隔板进气道在通流状态下总压恢复系数分别提高了51.9%、60.0%、88.5%,流量系数分别提高了24.0%、8.8%、1.7%。全侧板二元进气道三维仿真结果表明,隔板仍然能够成功抑制实际三维进气道构型内收缩段的强激波/边界层干扰诱发的大范围气流分离。然后,在宽马赫数范围内研究了隔板位置对进气道流场特性和气动性能的影响,并获得了隔板在典型低外阻二元高超声速进气道中的有效控制范围。结果表明:进气道内收缩段中激波的入射点和上、下通道的收缩比对隔板的控制效果有较大影响。为了在宽马赫数范围内使隔板的控制效果达到最大化,应保证内收缩段中各道激波分开入射到壁面边界层上,同时上、下通道的收缩比应保持一致。最后,为了分析隔板对低外阻二元高超声速进气道抗反压性能的影响,研究了两种不同内收缩比的、典型通流流态下的二元高超声速进气道反压特性。结果表明:在来流马赫数为M0=4、5、6时,ICR1.667带隔板进气道的极限反压分别提高了60.5%、36.7%、15.9%,ICR1.566带隔板进气道的极限反压也分别提高了32.3%、10.1%、4.2%。这说明引入隔板能够显著提高低外阻进气道的最大抗反压能力,拓宽进气道的稳定工作范围。另外,内收缩段设置隔板总体上有助于改善隔离段入口截面气流参数分布的均匀性,从而使得隔离段内激波串结构上下较为对称的推进,从而有利于最大抗反压能力的提升。
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