瞬间射流作用下的混压式进气道起动特性研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252011V01．32No．91590．1598ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．Crl文章编号：1000—6893(2011)09—1590—09瞬间射流作用下的混压式进气道起动特性研究游进，夏智勋*，方传波，胡建新，刘冰国防科学技术大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073摘要：针对冲压发动机转级过程中可能出现的混压式进气道不起动现象，提出了一种新的瞬间射流调节方式，并

2、开展了非定常数值模拟。结果表明，利用储气腔内高压气体的瞬间喷射，可以实现进气道不起动流场的再起动。且气体质量最少需要0．011kg，射流作用时间最多持续27ms，具有较高的T程应用价值。深入研究发现，射流引起的进气道溢流是实现冉起动的主要机理，射流流量大小及变化速率是决定进气道能否再起动的关键因素。射流流量变化速率越小，初始流量越大，进气道越容易再起动。最后利用微元法得到了射流流量随时间变化的函数关系式，并和数值模拟值进行了对比，分析了射流总温、储气腔容积和出口面积等设计参数对射流流量及进气道再起动特性的影响。关键词：冲压发动机；混压式进气道；转级

3、过程；起动特性；瞬间射流；非定常数值模拟中图分类号：V431文献标识码：A冲压发动机具有比冲高、结构简单等优点，是超声速巡航飞行器及新一代先进战术导弹的首选发动机¨]。超声速进气道作为重要部件，普遍采用总压恢复系数高、外阻小的混压式设计，由此也带来了难以克服的起动问题和迟滞回路现象[2。4]。这一问题在冲压发动机转级过程中尤为突出，接力点取的过高，助推段质量就会增加，发动机总体性能降低；接力点取得较低，就会位于迟滞回路内，在外界扰动或者初始不起动流场的影响下，进气道极易进入到不起动状态，导致推力减小、阻力增加，进而转级失败。国内外对此开展了大量的研

4、究工作，先后发展完善了变几何喉道调节[5’7]、附面层抽吸[810

5、、磁流体控制[11-13]及瞬间低压起动[141等各种调节手段。随着主动流动控制技术的发展，射流调节开始被引入到进气道技术。文献E]53和文献E16]分别对主动射流作用下的进气道再起动过程进行了试验和数值模拟，初步验证了其可行性。在此基础上，提出了一种简单可靠的瞬间射流调节方式，利用储气腔内高压气体的一次喷射，实现了转级后进气道不起动流场的再起动。采用非定常数值模拟，研究了储气腔结构参数和状态参数的影响，为工程应用及机理研究提供参考。l数值仿真模型1．I物理模型研究对象为典型的二元

6、混压式超声速进气道，设计状态下的飞行高度为10km，飞行马赫数为2．8，空气流量为3．0kg／s。压缩激波系由两道外压斜激波、一道内压斜激波和结尾正激波组成，进气道结构及主要型面参数如图1所示。进气道边界条件采用压力入口(PressureInlet)、压力远场(PressureFarField)、压力出口收稿日期：2011—03-10；退修日期：2011—05—09；录用日期：2011-06—02；网络出版时间：2011．06．1009：02网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20110610．090

7、2，002．htmIDOI：CNKI：1I-1929／V．20110610．0902．002基金项目：武器装备预研基金(9140A28030309KG01)*通讯作者．Tel．；0731-84576450E—mail：xiazhixun@sina．corn弓

8、甩梧武

9、游避t爱智勖．方传波，等．瞬阀射流作臻下的混压武进气遒起动特性研究!J]÷航空学报，2011．32(9)：1590-1598．YouJin，XiaZhixun，FangChuanbo，etal，Studyofstartingcharacteristicsformixed-compres

10、sioninletwithinstantaneousinjection

11、J1．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica。2011，32(9)：1590．1598．游进等：瞬问射流作用下的混压式进气道起动特性研究1591(PressureOutlet)、绝热无滑移壁面(Wall)以及对称面边界条件(Symmetry)。两级外压楔角分别为7。和8。，唇口内压楔角为7。。唇口位置及外压楔面长度由设计马赫数下激波封口的原则确定。图1带射流调节的进气道结构简图Fig．1Schematicofinletstructurewithi

12、njection迸气道入口宽高比为1，内收缩比较大，为1．24，以增加迟滞回路内不起动流场实现再起动的难度，减小各类误差对