资源描述：
《doc特征线法在塞式喷管中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、特征线法在塞式喷管中的应用2航空动力JournalofAerospacePowerVo1.i5No.4Oct.2000文章编号:10008055(2000)040356—04])o特征线法在塞式喷管中的应用戴梧叶,刘宇(北京航空赢军写北京100083)摘要:介绍了特征线在塞式喷管中的瘟用,对于一些塞式喷管的特殊情况处理进行了详细的介绍,包括边界条件的处理,膨胀渡和斜激波的处理等,并给出了典型的塞式喷管流场,给出了塞式喷管推力的计算方法,并把计算结果和实验结果进行了比较.关t词:尘_墼垫垫;喷管堑些擎驾中圈分类号:V435.II文
2、献标识码:A.1弓I言喜式嗳苣浇低成本,高性能,多功能,可重复使用单级^轨天地往返运输系统(SSTORLV)的研究开发,是航天技术向更高水平发展的必然方向,对于任何空间运输发射,火箭动力是基础.以塞式喷管发动机为基础的SSTORLV可望成为一个通用的空间运输工具,因此,很多国家都在用数值模拟和实验等手段对塞式喷管进行全面的研究.我国也通过实验和数值模拟对塞式喷管进行了研究,并建立了采用混合通量隐式算法对N—s方程进行求解数值模拟方法.2特征线在塞式喷管的应用特征线法是解双曲型偏微分方程的最精确的数值方法,特征线较多用于定常二维,
3、平面和轴对称的,无旋超音速流动问题,已经有了完整的数值算法来确定超音速流场中内点上的流动参数.特征线法计算流场时的控制方程为控制可压缩流体的定常二维平面或轴对称无旋流动的气体动力学方程,无旋条件以及声速关系口]:("一日)",+(口一)+2""一(aav/y)一0(1)"一一0(2)4一日()一日,0)(3)椰塞式喷管的结构很复杂(参见图i),它有传自由边界图I塞式喷臂意图统的小喷管(内喷管),塞锥以及底部等部分.根据超音速流动的特征,可以把塞式喷管流场计算分为两部分:一是喷管内流场的计算,一是塞锥流场的计算.对于底部,由于可能
4、出现亚音速,特征线法就不再适应了,为了研究塞式喷管的性能,必须采用其它的处理方法.这里说的塞式喷管内流场的计算指的是塞式喷管传统的小喷管膨胀段的计算,其计算方法在参考文献[3]中已有详细的介绍.塞锥的形状不同于传统的喷管,它的一面是固体壁面,另一面是自由边界,因此,它的计算比较复杂,在边界的考虑要多得多,而且,很有可能出现压缩渡甚至激波.由于塞式喷管发动机一般是由很多塞式喷管单元排列在一起工作的,为了简单起见塞锥上可以假设为二维平面流动.另外,可以把内流场的计算得到的最后一条特征线作为塞收稿日期:1999--i1—23}fI订日
5、期{2000--01--2o基金项目:国家自拣科学基盘货助项日(59786001);国家863—2高技术航天疆域赍助项日(863—2—3—4一i0)作者简介:戴梧叶(i974一),男.北京航空航天大学宇航学院,博士生372航空动力第l5卷锥流场的初始线,直接用于塞锥上特征线法的计算,也可以把AA线(它的参数由内流场计算得到)作为塞锥流场的初始线,它们得到的结果是一样的.当然,由于内流场只计算喷管的上半部分,为了得到完整的初始线,需要把上半部分的参数对称来得到下半部分2.1边界的处理在塞式喷管内流场计算中,它的边界条件处理:一面当
6、作壁面处理,另一面当作是轴对称处理.在塞锥上,由于塞式喷管的塞锥的一面是固体壁面,另一面是自由边界,因此,在考虑边界条件时,一面应当按自由边界处理,另一面则要当固体壁面条件处理.对于壁面,可以利用壁面角函数::tan()一旦(4)I:lX"对于对称轴线点可利用对称条件:一一一0(5)对于自由边界,利用流体在自由边界的压力与环境压力P相等这一条件,即:P一P.(6)2.2膨胀波的计算塞式喷管的内喷管出口的边沿点是个不连续点(参见图2),在该点,即可能是发生膨胀又可能发生压缩,因此对这一点要特别考虑.小Ma2√[()一]占(7)流动
7、偏转角:itan[]tan]÷}+tan[n;一]{一tan[Ma}一1]÷(8)其中:6一√爿(9)取不同的马赫数,由下式得到一系列的普朗特一迈耶角p:一tan-~[]tan[Ma.一1]÷(10)取不同的,由可插值求解不同的膨胀角的马赫数Ma得出Ma后由相关公式计算其他参数,然后继续利用特征线法把流场的计算进行下去.2.3斜激波的计算如果喷管出口边沿处的静压小于周围大气的环境压力,那么,在喷管的出口边沿会有一道斜激波发出并传^流场,如图3所示.由于斜激波的强图2普朗特一迈耶膨胀的单元过程如果喷管出口边沿处的静压超过周围大气的
8、环境压力,在点会发生膨胀,这时,我们可以利用普朗特一迈耶膨胀的单元过程.图2表示了这一过程,1点处的流动参数用膨胀波的有关公式计算,然后可确定4点的位置和流动参数,并可将计算延伸到塞锥,重复这一过程,可使出口处的流动转过一个角度后静压等于大气静压.在l点,膨胀前
