弯曲激波压缩面设计及试验研究

发布时间：2017-06-02 19:12

  本文关键词：弯曲激波压缩面设计及试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在高超声速飞行器前体与进气道一体化设计时,为了缩短压缩面长度并保证前体附面层在压缩面上的稳定性,提出了一种新型的非常规压缩面设计概念并研究了它的设计方法,利用该方法形成的弯曲压缩型面可以产生弯曲激波。 本文分别采用理论分析、数值模拟和实验研究的方法对这种具有不同曲率的压缩面型面进行研究,并与等熵压缩和常规的二维斜楔式压缩进行比较。文中主要研究了压缩面在均匀来流条件下设计点与非设计点的气动性能,也简略地分析了非均匀来流条件下设计点的气动性能。根据上述理论设计加工了 M5.3的弯曲压缩面模型,分别进行了 M5.3 和 M3.85 的风洞实验,实验中,测量了压缩面上的静压分布及压缩面出口截面的皮托总压分布,并拍摄了弯曲激波形态的纹影照片。 研究结果表明:弯曲激波压缩型面有较小的初始压缩角,可以减小前体附面层分离的危险;与等熵压缩相比,压缩面的长度可以减少 25%左右;压缩面上的压力沿流向接近等压力梯度分布,低于等熵压缩的最大压力梯度,远低于二维斜楔式压缩面上的最大压力梯度。在不同的来流条件下及不同工作状态下,弯曲压缩面和弯曲激波压缩系统的综合性能较好。风洞实验结果证实,超声速气流在压缩面上方形成了所期望的弯曲激波,激波面形态与数值模拟结果吻合,壁面压力分布近似于等压力梯度,出口的皮托总压分布与数值模拟的结果相近。说明本文提出的弯曲激波压缩型面的设计方案是可行的。
【关键词】：高超声速进气道 飞行器/发动机一体化设计 非常规压缩型面 弯曲激波 等压力梯度
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：V229
【目录】：

• 1 引言12-16
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 本文的研究工作14-16
• 2 平面二维压缩面的设计16-28
• 2.1 单楔平面压缩16-17
• 2.2 多道激波压缩及最佳波系17-21
• 2.2.1 激波系损失计算17-18
• 2.2.2 最佳波系的Oswatitsch 理论18-19
• 2.2.3 给定总折角下的最佳波系19-20
• 2.2.4 压缩面长度计算20-21
• 2.3 平面等熵压缩型面设计21-27
• 2.4 弯曲激波压缩的提出27-28
• 3 形成弯曲激波的压缩面设计28-36
• 3.1 形成弯曲激波条件28-29
• 3.2 无粘流激波设计及EMANUEL 理论29-34
• 3.2.1 Emanuel 理论概述29
• 3.2.2 无初始压缩楔板型面设计29-33
• 3.2.3 带初始压缩楔板的型面设计33-34
• 3.2.4 弯曲激波的形成条件34
• 3.3 二次曲面压缩面+带初始压缩楔板设计34-36
• 4 弯曲激波性能分析36-59
• 4.1 无粘激波理论性能比较36-40
• 4.2 弯曲激波下游流场的有粘计算及分析40-51
• 4.2.1 计算模型的建立40
• 4.2.2 网格生成40-42
• 4.2.3 数值模拟的湍流模型及边界条件42-43
• 4.2.4 粘性流场计算性能分析43-47
• 4.2.5 与常规进气道的性能比较47-51
• 4.3 弯曲激波形态的数学描述51-59
• 4.3.1 无粘弯曲激波形态51-55
• 4.3.2 FLUENT 有粘激波形态55-57
• 4.3.3 无粘激波面与FLUENT 有粘激波面的比较及关联57-59
• 5 非设计点性能计算及分析59-65
• 5.1 计算结果曲线比较59-61
• 5.1.1 流场静压和激波形态59-60
• 5.1.2 沿壁面的静压分布60
• 5.1.3 唇口截面沿高度方向的静压分布60
• 5.1.4 唇口截面沿高度方向的总压分布60-61
• 5.1.5 唇口截面沿高度方向的静温分布61
• 5.1.6 唇口截面沿高度方向的马赫数分布61
• 5.2 数值计算结果比较61-65
• 6 非均匀来流性能分析65-68
• 7 弯曲压缩型面模型实验68-81
• 7.1 实验模型及实验设备68-71
• 7.1.1 实验模型68-69
• 7.1.2 实验设备及工作流程69-71
• 7.2 实验模型流场的数值模拟71-74
• 7.3 风洞吹风结果与分析74-81
• 7.3.1 设计马赫数5.3 的实验结果74-77
• 7.3.2 非设计马赫数3.85 的实验结果77-81
• 8 结论81-83
• 致谢83-84
• 在学期间的研究成果84-85
• 参考文献85-88
• 附录88-105

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 向有志;张X元;王磊;高雄;;壁面压升可控的高超轴对称进气道优化设计[J];航空动力学报;2011年10期

2 张林;张X元;王磊;南向军;向有志;;高超弯曲激波二维进气道初步研究[J];航空动力学报;2011年11期

3 钟兢军;严红明;;高超声速二维前体/进气道一体化优化设计研究[J];节能技术;2006年04期

4 李永洲;张X元;王磊;南向军;张林;;基于二维曲面基准流场的流线追踪高超声速进气道设计[J];航空动力学报;2012年09期

5 张林;张X元;王磊;南向军;李永洲;;非均匀来流对新型高超弯曲激波二维进气道的影响[J];推进技术;2012年03期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 王磊;张X元;苏纬仪;向有志;周宏奎;;几何可变弯曲激波压缩型面设计概念[A];第十四届全国激波与激波管学术会议论文集（上册）[C];2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 郝志鹏;高超音速边界层转捩的数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 向有志;高超轴对称曲面压缩系统的初步研究[D];南京航空航天大学;2010年

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4 甘宁钢;宽马赫数凹曲激波压缩进气道型面变几何研究[D];南京航空航天大学;2012年

5 方兴军;控制出口速度分布的超声速内流通道反设计[D];南京航空航天大学;2012年

6 王金光;二元高超声速进气道阻力特性研究[D];南京航空航天大学;2012年

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本文编号：416277