内转式进气道流动中的激波及相互作用研究
发布时间：2021-08-03 18:35
进气道作为超燃冲压发动机捕获并压缩来流的重要气动部件,对吸气式高超声速飞行器气动布局和性能至关重要。三维内转式进气道以其压缩效率高、润湿面积小、以及易于实现从飞行器前体向圆形燃烧室过渡等优势,成为研究的热点之一。然而,内转式进气道复杂的几何结构,会产生多种形式的曲面激波（如压缩面激波、唇口激波、分离激波、再附激波等）,使其流动具有明显有别于传统二元进气道的特殊性和复杂性,尤其是弯曲激波和激波/边界层干扰更是增加了三维复杂特征。因此,以往在二维流场中有关平面激波及其与边界层相互作用的机理和规律认识,难以直接应用于内转式进气道中。目前关于内转式进气道的研究还很不充分,尤其是在基本特征认识中起关键支撑作用的内转式进气道流场实验观测更是匮乏。为此,发展了针对内转式进气道进行流场观测的实验方法,借助数值模拟,对于实验中观察到的内转式进气道中的典型流场结构展开分析。进一步,针对进气道中普遍存在的复杂的弯曲激波与弯曲壁面的干扰问题进行解耦,突出重点,分解难点,将入射激波简化为平面斜激波,以着重体现凹柱面的弯曲壁面在反射过程中的作用。首先,提出了一种分段显示的内转式进气道内流场观测方法,可分段获取截断...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２不同类型的高超声速进气道??内转式进气道，以横向剖面内弯曲为典型特征的激波和壁面相互作用时产生??
?第１章绪?论???区气流又受到水平固壁的约束，因此气流方向再次发生改变，产生反射激波，反??射激波波后的（２）区气流方向和水平壁面平行。在激波极线中，反射激波极线ｒ以??（１）点为起始点，又因为（２）区气流方向和水平壁面平行，因此（２）区状态对应于反??射激波极线Ｉ？与纵轴的交点（２ｗ）和（２ｓ），分别对应反射激波的“弱解”和“强解”，??在一般情况下，规则反射取弱解，图１．３ａ中的规则反射示意图就对应于（２ｗ）的??弱解状态。??从入射激波极线ｉ中可以看出，入射激波波后（〗）区存在某一最大的气流偏转??角，如果斜劈角度超过了该最大气流偏转角，反射激波极线ｒ将不再与纵轴相交，??反射点将离开壁面而出现马赫杆结构，即出现所谓“马赫反射”的激波反射现象，??使得反射激波极线与纵轴相切的入射激波角度，被称为激波反射的脱体边界。??／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／?？?？??＾?＾?ｄｅｇ．??＾?－；＜）?－１０?０?１０?２０?３０?４０??（ａ）波系结构示意图?（ｂ）激波极线??图１．３激波规则反射??图１．４是激波在壁面发生马赫反射时波系结构示意图和激波极线，马赫反射??产生的三激波结构，将流场分成两部分：一部分（０）区的超声速来流，经过入射激??波的压缩，产生和斜劈平行的（１）区气流，然后再次被反射激波压缩，产生（２）区气??流；另一部分（０）区的超声速来流，直接经过马赫杆，产生（３）区气流。（２）区和（３）??区的气流方向和压强相等，但是速度、温度等气流参数不一定相等，（２）区和（３）区??之间存在剪切层。在图１．４ｂ激波极线上，（２）区状态在反射激波极线Ｉ？上，（３）区??状态在
（，（２．＞?２８－?以胸??＼＼＼?，、??ｖｏｎ?ＮｕｃｉｎａｎｎＶｖＪ?＼?？ｆ?？〈?／＞?ｔＢ?ＤＵＡＬ?ＳＯＬＵＴＩＯＮ??ｃｒｉｌｃｒｉｏｎ?ＤＯＭＡＩＮ??（２Ｊｌ＼ＸＶ???、Ｓ?ＪＮｕ，？ａｘ／?”??（２，Ａ＾ｋ?ｙ???—＇??／／?Ｃ?／?Ｃ?ｉ．Ａ??／?ＲＥＧＵＬＡＲ?ＲＥＦＬＥＣＴＩＯＮ????￥?ｒｍ?厂??－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?Ｍ？??（ａ）转变边界的激波极线?（ｂ）不同马赫数下的转变边界??图１．５激波反射类型转变边界??但在Ｈｏｒｍｍｇ等的实验中，却发现规则与马赫反射的转变始终发生在ｖｏｎ??Ｎｕｅｍａｎｎ边界，理论预测中应该存在迟滞的现象并没有出现。不过在１９９５年，??迟滞现象在Ｃｈｐｏｕｎ等ｌ３５］和Ｉｖａｎｏｖ等１５６］＇｜；）８］的研究中得到了证实，Ｃｈｐｏｕｎ通过实??验发现规则反射向马赫反射转变的角度，略小于脱体边界；而马赫反射向规则反??射转变的角度，和ｖｏｎＮｅｕｍａｎｎ边界比较接近。目前一般认为之所以出现偏差，??主要是因为风洞中的气流扰动和实验模型的三维效应。??２、?三维情况下的激波反射??对于激波反射问题的二维分析，虽然提供了一种简单的理论方法，但是受到??三维效应的影响，三维情况下的激波反射和二维激波反射具有一定的差异。上文??中提及的激波反射类型转变边界，与理论预测不一致是其中一种表现形式。??在激波反射实验中，为避免壁面边界层的干扰，采用对称双楔模型开展实验，??利用流场的对称性模拟斜激波的反射（见图１．６ａ），将水平对称面等效为反射壁??面，产生的流场波系如图１．６ｂ所示。Ｋｕｄｒｙａｖｔｓ
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年国外高超声速技术发展回顾[J]. 韩洪涛,王璐,郑义. 飞航导弹. 2020(05)
[2]Design method with controllable velocity direction at throat for inward-turning inlets[J]. Wenyou QIAO,Anyuan YU,Wei GAO,Weixing WANG. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(06)
[3]吸气式飞行器进气道唇口三维激波/激波干扰[J]. 姜宝森,张亮,李俊红,施家桐. 航空动力学报. 2019(04)
[4]2018年国外高超声速技术发展综述[J]. 宋巍,梁轶,王艳,袁成,王竹溪. 飞航导弹. 2019(05)
[5]内转式进气道自起动性能研究[J]. 杨大伟,余安远,韩亦宇,卫锋,丁国昊,曲俐鹏. 推进技术. 2019(01)
[6]2018年国外高超声速飞行器技术发展综述[J]. 张灿,林旭斌,胡冬冬,李文杰,叶蕾. 飞航导弹. 2019(02)
[7]高超声速进气道/隔离段内流特性研究进展[J]. 黄河峡,谭慧俊,庄逸,盛发家,孙姝. 推进技术. 2018(10)
[8]受限通道中三维激波与侧壁面作用的数值模拟研究[J]. 吴晋湘,刘敏,田亮,邱萍,刘宏宝. 热科学与技术. 2018(04)
[9]斜激波入射V形钝前缘溢流口激波干扰研究[J]. 张恩来,李祝飞,李一鸣,杨基明. 实验流体力学. 2018(03)
[10]激波的传播与干扰[J]. 杨基明,李祝飞,朱雨建,翟志刚,罗喜胜,陆夕云. 力学进展. 2016(00)
博士论文
[1]V字形钝前缘激波干扰及气动热/力特性研究[D]. 张志雨.中国科学技术大学 2020
[2]高超声速内外流中的三维激波相互作用[D]. 张恩来.中国科学技术大学 2019
[3]若干典型高超声速激波干扰流动特性研究[D]. 肖丰收.中国科学技术大学 2016
[4]基于记忆合金的高超声速进气道流动控制方法及验证[D]. 张悦.南京航空航天大学 2015
[5]平面与轴对称定常激波马赫反射中的激波形状研究[D]. 谭廉华.清华大学 2007
本文编号：3320126
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２不同类型的高超声速进气道??内转式进气道，以横向剖面内弯曲为典型特征的激波和壁面相互作用时产生??
?第１章绪?论???区气流又受到水平固壁的约束，因此气流方向再次发生改变，产生反射激波，反??射激波波后的（２）区气流方向和水平壁面平行。在激波极线中，反射激波极线ｒ以??（１）点为起始点，又因为（２）区气流方向和水平壁面平行，因此（２）区状态对应于反??射激波极线Ｉ？与纵轴的交点（２ｗ）和（２ｓ），分别对应反射激波的“弱解”和“强解”，??在一般情况下，规则反射取弱解，图１．３ａ中的规则反射示意图就对应于（２ｗ）的??弱解状态。??从入射激波极线ｉ中可以看出，入射激波波后（〗）区存在某一最大的气流偏转??角，如果斜劈角度超过了该最大气流偏转角，反射激波极线ｒ将不再与纵轴相交，??反射点将离开壁面而出现马赫杆结构，即出现所谓“马赫反射”的激波反射现象，??使得反射激波极线与纵轴相切的入射激波角度，被称为激波反射的脱体边界。??／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／?？?？??＾?＾?ｄｅｇ．??＾?－；＜）?－１０?０?１０?２０?３０?４０??（ａ）波系结构示意图?（ｂ）激波极线??图１．３激波规则反射??图１．４是激波在壁面发生马赫反射时波系结构示意图和激波极线，马赫反射??产生的三激波结构，将流场分成两部分：一部分（０）区的超声速来流，经过入射激??波的压缩，产生和斜劈平行的（１）区气流，然后再次被反射激波压缩，产生（２）区气??流；另一部分（０）区的超声速来流，直接经过马赫杆，产生（３）区气流。（２）区和（３）??区的气流方向和压强相等，但是速度、温度等气流参数不一定相等，（２）区和（３）区??之间存在剪切层。在图１．４ｂ激波极线上，（２）区状态在反射激波极线Ｉ？上，（３）区??状态在
（，（２．＞?２８－?以胸??＼＼＼?，、??ｖｏｎ?ＮｕｃｉｎａｎｎＶｖＪ?＼?？ｆ?？〈?／＞?ｔＢ?ＤＵＡＬ?ＳＯＬＵＴＩＯＮ??ｃｒｉｌｃｒｉｏｎ?ＤＯＭＡＩＮ??（２Ｊｌ＼ＸＶ???、Ｓ?ＪＮｕ，？ａｘ／?”??（２，Ａ＾ｋ?ｙ???—＇??／／?Ｃ?／?Ｃ?ｉ．Ａ??／?ＲＥＧＵＬＡＲ?ＲＥＦＬＥＣＴＩＯＮ????￥?ｒｍ?厂??－２０?－１０?０?１０?２０?３０?４０?Ｍ？??（ａ）转变边界的激波极线?（ｂ）不同马赫数下的转变边界??图１．５激波反射类型转变边界??但在Ｈｏｒｍｍｇ等的实验中，却发现规则与马赫反射的转变始终发生在ｖｏｎ??Ｎｕｅｍａｎｎ边界，理论预测中应该存在迟滞的现象并没有出现。不过在１９９５年，??迟滞现象在Ｃｈｐｏｕｎ等ｌ３５］和Ｉｖａｎｏｖ等１５６］＇｜；）８］的研究中得到了证实，Ｃｈｐｏｕｎ通过实??验发现规则反射向马赫反射转变的角度，略小于脱体边界；而马赫反射向规则反??射转变的角度，和ｖｏｎＮｅｕｍａｎｎ边界比较接近。目前一般认为之所以出现偏差，??主要是因为风洞中的气流扰动和实验模型的三维效应。??２、?三维情况下的激波反射??对于激波反射问题的二维分析，虽然提供了一种简单的理论方法，但是受到??三维效应的影响，三维情况下的激波反射和二维激波反射具有一定的差异。上文??中提及的激波反射类型转变边界，与理论预测不一致是其中一种表现形式。??在激波反射实验中，为避免壁面边界层的干扰，采用对称双楔模型开展实验，??利用流场的对称性模拟斜激波的反射（见图１．６ａ），将水平对称面等效为反射壁??面，产生的流场波系如图１．６ｂ所示。Ｋｕｄｒｙａｖｔｓ
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年国外高超声速技术发展回顾[J]. 韩洪涛,王璐,郑义. 飞航导弹. 2020(05)
[2]Design method with controllable velocity direction at throat for inward-turning inlets[J]. Wenyou QIAO,Anyuan YU,Wei GAO,Weixing WANG. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(06)
[3]吸气式飞行器进气道唇口三维激波/激波干扰[J]. 姜宝森,张亮,李俊红,施家桐. 航空动力学报. 2019(04)
[4]2018年国外高超声速技术发展综述[J]. 宋巍,梁轶,王艳,袁成,王竹溪. 飞航导弹. 2019(05)
[5]内转式进气道自起动性能研究[J]. 杨大伟,余安远,韩亦宇,卫锋,丁国昊,曲俐鹏. 推进技术. 2019(01)
[6]2018年国外高超声速飞行器技术发展综述[J]. 张灿,林旭斌,胡冬冬,李文杰,叶蕾. 飞航导弹. 2019(02)
[7]高超声速进气道/隔离段内流特性研究进展[J]. 黄河峡,谭慧俊,庄逸,盛发家,孙姝. 推进技术. 2018(10)
[8]受限通道中三维激波与侧壁面作用的数值模拟研究[J]. 吴晋湘,刘敏,田亮,邱萍,刘宏宝. 热科学与技术. 2018(04)
[9]斜激波入射V形钝前缘溢流口激波干扰研究[J]. 张恩来,李祝飞,李一鸣,杨基明. 实验流体力学. 2018(03)
[10]激波的传播与干扰[J]. 杨基明,李祝飞,朱雨建,翟志刚,罗喜胜,陆夕云. 力学进展. 2016(00)
博士论文
[1]V字形钝前缘激波干扰及气动热/力特性研究[D]. 张志雨.中国科学技术大学 2020
[2]高超声速内外流中的三维激波相互作用[D]. 张恩来.中国科学技术大学 2019
[3]若干典型高超声速激波干扰流动特性研究[D]. 肖丰收.中国科学技术大学 2016
[4]基于记忆合金的高超声速进气道流动控制方法及验证[D]. 张悦.南京航空航天大学 2015
[5]平面与轴对称定常激波马赫反射中的激波形状研究[D]. 谭廉华.清华大学 2007
本文编号：3320126
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