高超声速进气道喉部流场模拟技术研究

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超燃冲压发动机传统的直连试验中,燃烧室入口流场是喷管出口的均匀气流;而实际发动机的燃烧室入口流场则为高超进气道压缩后的非均匀气流,包括非对称附面层、唇口斜激波和肩部膨胀波在下游隔离段内的交替反射以及因隔离段入口上下壁面压差导致的二次流等流动特征。为了使直连试验中燃烧室入口流场更接近实际发动机入口流场,本文研究了一种用于直连试验的高超声速进气道喉部流场模拟技术,以最大限度缩小直连试验与自由射流实验的差异。  文中首先分析了典型二元高超进气道的流场特征,确定了目标流场,在此基础上提出了一种以进气道唇口入口截面为模拟器参数匹配截面,利用进气道内压段完整构型完全模拟实际进气道喉部流场的方案,并发展了一种利用串联斜楔组快速发展超声速附面层的附面层模拟技术,通过数值仿真给出了串联斜楔组主要设计参数对附面层发展厚度及流场结构的影响。  其次,论文针对实际进气道Ma=4-7、0°攻角工况对模拟器流场开展了数值仿真研究,结果表明:对应于进气道Ma=4-6范围,模拟器流场与目标流场的沿程压力分布和截面中心线上主要参数分布一致性较好,且截面平均参数误差均小于5.0%;而对应于进气道Ma=7时,模拟器流场与目标流场相差较大,截面平均参数误差均大于10.0%。在此基础上设计了能完全模拟实际进气道主要流动特征的复杂流场模拟器试验装置并开展了试验研究,成功实现了内收缩比为1.67的模拟器Ma4工况下的自起动,起动后流场与目标流场吻合较好,从而验证了该流场模拟技术的可行性。  此外,文中还研究了模拟器附面层排移流道设计及附面层模拟装置对模拟器起动性能及流场结构的影响,并通过大量的试验数据给出了模拟器正常工作所需要的压比。研究发现:虽然斜楔板和砂纸板发展的附面层厚度明显大于光滑板,但其对模拟器的起动性能与流场结构均有较大影响;附面层排移通道,尤其是侧向排移通道的流道设计对模拟器起动性能也有较大影响。
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