TBCC弯曲激波压缩可调进气道优化设计研究

发布时间：2020-10-10 05:14

　　涡轮基组合循环(TBCC)发动机因高比冲、稳定可靠等优势己成为高超声速推进系统的主要发展方向之一。进气道作为TBCC发动机的进气捕获系统,是将来流减速增压的首要压缩部件,进气道的总体性能直接制约着发动机宽马赫数下工作的稳定性。二元TBCC进气道发展迅速,传统的斜楔式压缩方式已较难满足未来的推进需求,为获得压缩效率高、性能好的进气系统,探索全新压缩方式的TBCC进气道具有重要的研究意义。本文通过多目标组合优化寻找到性能优异的弯曲激波外压段,基于弯曲激波压缩的方式设计了冲压通道和涡轮通道,在此基础上提出了多种双通道并联方案进行仿真和分析,探究了不同并联布局对进气道性能的影响因素。(1)基于壁面压力分布的反设计方法,借助优化软件对弯曲激波外压段进行多目标组合优化,结合该优化结果,在宽马赫数范围内设计了一系列不同内收缩比的进气道气动方案,并选取内收缩比为1.45的优选进气道与常规三楔进气道进行了性能对比。研究表明:在Ma∞ =3,4,5的工况下优选进气道流量系数相比于常规三楔进气道分别提高了 5.7%,8.6%,10.6%,隔离段出口总压恢复系数在Mao=2.5,3,4,5时分别提高了3.6%,1.8%,5.5%,7.4%。(2)选取两种性能较好的高超声速进气道进行三维流场仿真与分析,研究了侧板起点位置不同时优选进气道的性能变化规律,优选方案与相同约束条件下常规三楔压缩进气道的三维性能相比,非设计点流量系数及喉道总压恢复更高,性能优势明显。(3)提出多种二元弯曲激波压缩TBCC进气道的并联方案,在来流马赫数为2.5,双通道全开的条件下,对各方案进行数值模拟,比较了各并联方案的优劣,特别研究了并联方案中调节板弯曲段长度的变化对双通道性能的影响。(4)在二维双通道气动模型的基础上,涡轮通道采取方转圆的型面,设计了二种TBCC进气道三维模型进行流场分析,着重比较了各方案涡轮通道的性能。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V236;V438
【部分图文】：

进气道调节,变几何,轴对称

．．美国的Ｘ－４３Ｂ使用了一种经典的外并联式ＴＢＣＣ进气道，如图１．５，该型进气道的逡逑涡轮、冲压通道是单独分开的，其前两级压缩板固定不动，通过改变其第三级压缩板的逡逑角度位置来实现两个通道的开关及流量分配。这种调节方式操作简单，工程实现度高，逡逑为发动机适应更宽广的马赫数范围，保持较大的推力提供了相应的基础，同时也为后续逡逑

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．－我国虽然对ＴＢＣＣ发动机的研宄起步较晚，但国内院校和研究所都展开了大量的关工作，为我国ＴＢＣＣ发动机的设计提供了丰富的研宄数据及方案参考。国内主要以并联型ＴＢＣＣ进气道的设计为主。逡逑南京航空航天大学的张华军，郭荣伟等人提出了一种内并联型ＴＢＣＣ进气道设计案，如图１．６。并通过数值模拟和高速风洞试验的手段对总体方案的可行性进行了验证［７

【参考文献】