带旁路引气的混合扩压器气动特性研究

发布时间：2020-09-04 16:06

　　带旁路引气的混合扩压器是涡喷/冲压组合发动机的重要组成部分,起到混合主流燃气和旁路引气、调节加力燃烧室和隔热屏进口速度分布等作用。本文针对带旁路引气的混合扩压器,开展三维流场数值模拟和实验研究,分析结构参数和气动参数对混合扩压器流场和气动性能的影响。主要工作内容包括:采用Fluent软件,计算分析混合扩压器挡板结构参数、旁路通道结构参数、引气气动参数、背压对混合扩压器流场和气动性能的影响。计算结果表明:隔热屏进口速度不均匀度随挡板长度、高度以及旁路通道直径、引气入射角等结构参数的变化并不单调,存在一个最佳的结构参数使得隔热屏进口速度均匀性最好,在本文的研究范围中,挡板长度为180mm、挡板高度为57.8mm、旁路通道直径为100mm、引气入射角为30~o时,隔热屏进口速度均匀性较好,速度不均匀度范围为0.81~1.18;随着隔热屏出口背压的降低或加力燃烧室出口背压的升高,隔热屏进口流量和总压恢复系数均有所上升,而隔热屏进口的速度不均匀度变化不大;引气总压增大后,将显著增加隔热屏的进气量,总压恢复系数随之降低,引气总压较小时,相邻两路引气间隔热屏进气量很小,速度均匀性较差。设计和搭建了混合扩压器缩比模型实验系统,以进气马赫数为相似准则,试验测试了混合扩压器在不同涵道比、温比状态下的气动性能。实验数据表明,隔热屏进口速度系数以冲压引气位置为中心呈现中间和两边小的基本对称分布特点;当涵道比为0.317时,隔热屏进口速度均匀性较好,速度不均匀度范围为0.69~1.17;温比为2.33时隔热屏进口速度均匀性最差,温比为2.0时,隔热屏进口速度均匀性较好,其值范围为0.791~1.123;总压恢复系数基本不随涵道比和温比发生变化。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V231.3
【部分图文】：

高超声速飞行器

南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1 研究背景自从人类的身影翱翔在天空之上，人类对飞行速度和高度的要求就日益增加，尤其是进21 世纪以后，如何实现低成本的有效运输、对敌方目标的快速打击、以及高性能的军事侦查等这些迫切的飞行需求使得人们对研究和制造远程、高效的飞行器投入了大量的人力物力，高声速飞行器如图 1.1 所示，而能否取得高超声速飞行器的重大突破，其关键在于发动机装置进展。

扩压器,马赫数,涡轮发动机,发动机

图 1.2 变循环发动机后 VABI 示意速高空侦察机(SR-71)的 J-58 涡喷/冲压组合发动构采用了带旁路引气的混合扩压器，J-58 发动机，发动机以典型涡喷喷气方式工作；当马赫数大于气活门打开，部分气流通过连接的 6 根粗管绕过后烧室参与燃烧；当马赫数大于 3 时，涡轮发动机分空气通过混合扩压器直接进入到加力燃烧室，，其研究成果很少公开。

冲压发动机,发动机,加力燃烧室

图 1.2 变循环发动机后 VABI 示意曾服役于黑鸟超声速高空侦察机(SR-71)的 J-58 涡喷/冲压组合发动机，其不同工作模式切换时气流流量的调节机构采用了带旁路引气的混合扩压器，J-58 发动机如图 1.3 所示[15~18]。当飞行马赫数小于 2.2 时，发动机以典型涡喷喷气方式工作；当马赫数大于 2.2 时，第 4 级压气机后的 24 个内部旁路放气活门打开，部分气流通过连接的 6 根粗管绕过后几级压气机、燃烧室、涡轮，直接流入加力燃烧室参与燃烧；当马赫数大于 3 时，涡轮发动机处于风车或空中慢车状态，进入发动机的大部分空气通过混合扩压器直接进入到加力燃烧室，发动机处于冲压工作模式。但因为保密的原因，其研究成果很少公开。

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