二元高超声速飞行器前体/进气道设计方法及气动特性研究

发布时间：2023-02-15 08:36

　　本文采用数值仿真的方法对二元高超声速前体/进气道一体化设计技术开展了研究,给出了基于圆锥截线、流线追踪和乘波-楔形组合的三种前体/进气道设计方法及流程,并对相关几何控制变量对气动性能的影响开展了三维数值仿真分析。首先,设计了一种前体/进气道二维构型,开展了二维数值仿真研究。研究表明:进气道在不同来流马赫数Ma∞和飞行攻角α下,流动通道内无大分离,随着来流马赫数和飞行攻角的增加,前体/进气道静压比、流量系数逐渐增大,而总压恢复系数减小。其次,在前体/进气道二维型面基础上,给出了以二次有理Bezier形式圆锥截线为横向截面控制曲线的前体设计方法,并对不同几何控制变量对前体/进气道气动性能的影响开展了三维数值模拟研究,结果显示:在研究范围内,增大宽度比W₁/W₀、形状参数ρ_CD与水平控制曲线次数n,减小角度β_DG、角度β_CG,可减小前体展向压力梯度,减小横向溢流,提高前体/进气道的内流性能;增大角度β_(CF),减小形状参数ρ₍

【文章页数】：142 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究动态
        1.2.1 高超声速飞行器
        1.2.2 乘波体
        1.2.3 前体/进气道一体化
    1.3 本文的主要研究内容
第二章 前体/进气道二维型面设计及气动特性分析
    2.1 物理模型、网格及计算方法
    2.2 设计状态下的进气道二维气动特性
    2.3 不同来流马赫数下的进气道二维气动特性
        2.3.1 不同来流马赫数下的进气道波系结构
        2.3.2 不同来流马赫数下的进气道气动性能
    2.4 不同飞行攻角下的进气道二维气动特性
        2.4.1 不同飞行攻角下的进气道波系结构
        2.4.2 不同飞行攻角下的进气道气动性能
    2.5 小结
第三章 基于圆锥截线的前体/进气道设计方法及气动特性研究
    3.1 常见圆锥截线的数学表达形式
    3.2 基于圆锥截线的前体/进气道设计方法
    3.3 前体宽度比W₁/W₀对前体/进气道气动性能的影响
        3.3.1 前体/进气道物理模型、网格及计算方法
        3.3.2 前体宽度比W₁/W₀对前体/进气道波系结构的影响
        3.3.3 前体宽度比W₁/W₀对前体/进气道气动性能参数的影响
    3.4 前体形状参数 ρ_CD对进气道气动性能的影响
        3.4.1 前体/进气道物理模型、网格及计算方法
        3.4.2 前体形状参数 ρ_CD对前体/进气道波系结构的影响
        3.4.3 前体形状参数 ρ_CD对前体/进气道气动性能参数的影响
    3.5 前体角度 β_DG对进气道气动性能的影响
        3.5.1 前体/进气道物理模型、网格及计算方法
        3.5.2 前体角度 β_DG对前体/进气道波系结构的影响
        3.5.3 前体角度 β_DG对前体/进气道气动性能参数的影响
    3.6 前体角度 β_CG对进气道气动性能的影响
        3.6.1 前体/进气道物理模型、网格及计算方法
        3.6.2 前体角度 β_CG对前体/进气道波系结构的影响
        3.6.3 前体角度 β_CG对前体/进气道气动性能参数的影响
    3.7 前体角度 β_CF对进气道气动性能的影响
        3.7.1 前体/进气道物理模型、网格及计算方法
        3.7.2 前体角度 β_CF对前体/进气道波系结构的影响
        3.7.3 前体角度 β_CF对前体/进气道气动性能参数的影响
    3.8 前体形状参数 ρ_BC对进气道气动性能的影响
        3.8.1 前体/进气道物理模型、网格及计算方法
        3.8.2 前体形状参数 ρ_BC对前体/进气道波系结构的影响
        3.8.3 前体形状参数 ρ_BC对前体/进气道气动性能参数的影响
    3.9 前体控制曲线次数n对进气道气动性能的影响
        3.9.1 前体/进气道物理模型、网格及计算方法
        3.9.2 前体控制曲线次数n对前体/进气道波系结构的影响
        3.9.3 前体控制曲线次数n对前体/进气道气动性能参数的影响
    3.10 不同来流马赫数下的前体/进气道气动性能
        3.10.1 不同来流马赫数下的前体/进气道波系结构
        3.10.2 不同来流马赫数下的前体/进气道气动性能参数
    3.11 不同飞行攻角下的前体/进气道气动性能
        3.11.1 不同飞行攻角下的前体/进气道波系结构
        3.11.2 不同飞行攻角下的前体/进气道气动性能参数
    3.12 小结
第四章 基于流线追踪的乘波前体/进气道设计及气动特性研究
    4.1 基于流线追踪的前体/进气道气动设计
    4.2 前体宽度比W₁/W₀对进气道气动性能的影响
        4.2.1 前体/进气道物理模型、网格及计算方法
        4.2.2 前体宽度比W₁/W₀对前体/进气道波系结构的影响
        4.2.3 前体宽度比W₁/W₀对前体/进气道气动性能参数的影响
    4.3 角度 θ 对进气道气动性能的影响
        4.3.1 前体/进气道物理模型、网格及计算方法
        4.3.2 前体角度 θ 对前体/进气道波系结构的影响
        4.3.3 前体角度 θ 对前体/进气道气动性能参数的影响
    4.4 前体控制曲线次数n_down对进气道气动性能的影响
        4.4.1 前体/进气道物理模型、网格及计算方法
        4.4.2 前体控制曲线次数n_down对前体/进气道波系结构的影响
        4.4.3 前体控制曲线次数n_down对前体/进气道气动性能参数的影响
    4.5 控制曲线次数n_up对进气道气动性能的影响
        4.5.1 前体/进气道物理模型、网格及计算方法
        4.5.2 前体控制曲线次数n_up对前体/进气道波系结构的影响
        4.5.3 前体控制曲线次数n_up对前体/进气道气动性能参数的影响
    4.6 小结
第五章 基于乘波-楔形组合的前体/进气道气动设计及性能研究
    5.1 基于乘波-楔形组合的前体/进气道气动设计
    5.2 不同直切起始位置对乘波-楔形组合前体/进气道的气动性能的影响
        5.2.1 前体/进气道物理模型、网格及计算方法
        5.2.2 不同直切起始位置对乘波-楔形组合前体/进气道波系结构的影响
        5.2.3 不同直切起始位置对乘波-楔形组合前体/进气道气动性能参数的影响
    5.3 不同阶梯切起始位置的乘波-楔形组合前体/进气道的气动特性
        5.3.1 前体/进气道物理模型、网格及计算方法
        5.3.2 不同阶梯切起始位置对乘波-楔形组合前体/进气道波系结构的影响
        5.3.3 不同阶梯切起始位置对乘波-楔形组合前体/进气道气动性能参数的影响
    5.4 小结
第六章 结论与展望
    6.1 本文的主要结论
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
附录
    1. 进气道二维流动的气动性能
    2. 基于圆锥截线的前体/进气道的气动性能
    3. 基于流线追踪的乘波前体/进气道的气动性能
    4. 基于乘波-楔形组合的前体/进气道的气动性能



本文编号：3743176