【摘 要】
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进气道/引射喷管一体化是一种具有广阔应用潜力的进排气技术,可有效改善组合发动机的宽速域气动性能。针对轴对称布局的组合发动机工作需求,本文重点研究了进气道/引射喷管一体化流动特性、气动匹配机理和匹配方法。首先,设计了一种带次流系统的轴对称变几何进气道,针对其在设计状态(Ma0=4)以及非设计状态(Ma0=1.1)下的流动特性开展仿真研究,分析了其在两种状态下的基本流动特性。结果表明:进气道次流系统可
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进气道/引射喷管一体化是一种具有广阔应用潜力的进排气技术,可有效改善组合发动机的宽速域气动性能。针对轴对称布局的组合发动机工作需求,本文重点研究了进气道/引射喷管一体化流动特性、气动匹配机理和匹配方法。首先,设计了一种带次流系统的轴对称变几何进气道,针对其在设计状态(Ma0=4)以及非设计状态(Ma0=1.1)下的流动特性开展仿真研究,分析了其在两种状态下的基本流动特性。结果表明:进气道次流系统可以有效泄除喉道处的边界层,避免了激波诱导形成大尺度分离;非设计状态下(Ma0=1.1),4个不同中心体调节位置下呈现出3种不同的口部流动结构,当中心体位置靠后时,内通道入口呈收敛状,但当地为全亚声速流动;当中心体位置靠前时,进气道为外压式,入口会呈现贴口“λ”波系与单道脱体弓形波两种波系结构;对于本文中的轴对称进气道而言,Ma0=1.1时对应的最佳内收缩比为1.05。其次,开展了设计及非设计状态下次流压力对进气道流动特性的影响研究。结果表明:设计状态(Ma0=4.0)下,进气道主流压力远大于次流,在次流入口形成的超声速区有效隔绝了次流下游的压力扰动;当次流压力升高至一定值,超声速区缩小至次流入口乃至消失,此时次流流量减小并对主流产生影响。非设计状态(Ma0=0.7)时,次流压力的升高会减小次流流量,并抑制中心体上回流区的发展,进而改善下游流场均匀度与出口性能。然而,当次流压力过大时将导致次流倒流至进气道主流中,并在唇罩侧产生回流区,使得进气道气动性能恶化。随后,开展了进气道/次流通道/引射喷管一体化仿真研究。研究发现:设计状态(Ma0=4.0)下,进气道和引射喷管是通过次流通道中的激波串来实现气动匹配的。随着主喷管落压比的增加,次流通道内的激波串前移,次流通道的气流均匀度得以改善。若激波串未被推出次流入口,主喷管落压比的改变并不会对进气道状态产生影响。在非设计状态(Ma0=0.7)下,进气道和引射喷管通过次流通道中的亚声速气流自适应调整以实现匹配。当主喷管落压比升高时,由于主喷流的引射能力增强,次流流量增加,进而使得进气道的总压恢复系数及流量系数也随之降低。最后,提出了一种快速确定进气道/引射喷管气动匹配点的分析方法,通过对进气道、引射喷管进行单独分析,分别获得两部件的次流系统节流特性曲线,而后将两曲线相交获得一体化匹配工作点。并且,选用设计状态和非设计状态下的仿真结果对该方法进行了检验,结果表明该方法在设计状态下的压力相对误差Δp与流量相对误差Δm分别为4.2%和1.4%;非设计状态下的误差则分别为1.1%和2.0%,故验证了其准确性。
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