宽速域高效内收缩式进气道设计技术研究

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1、中图分类号：V211.3论文编号：102870216-S115学科分类号：082502硕士学位论文宽速域高效内收缩式进气道设计技术研究研究生姓名李蔚霆学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向高超声速空气动力学指导教师袁化成副教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringDesignMethodologyofHigh-performanceInletw

2、ithWideOperationRangeAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyLiWeiTingAdvisedbyAssociateProfessorYuanHuaChengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018南京航空航天大学硕士学位论文摘要三维内转式进气道是近年来备受关注的一种具有独特气动优势的高超声速进气道类型，相比于几种传统形式的进气道而言

3、，具有捕获能力强等特点，在设计点可以实现全流量捕获，由于内转式进气道存在较大的内收缩比以及溢流能力弱的问题，导致其在低马赫数起动能力及抗反压能力不足，容易出现严重的起动问题。本文对宽速域工作内转式进气道设计技术开展了探索研究。首先，开展并完成了内转式进气道设计程序的编制，研究典型几何参数对基准流场气动性能的影响，给出了内收缩流场起始角度、中心体半径等几何参数对内收缩流场流动的影响规律。其次，研究了不同捕获型线及其典型特征参数对三维内转式进气道流量捕获特性的影响。针对矩形、椭圆形和扇形捕获型线流线追踪内转式进气道，三维数值模拟分析了长宽比、长短轴比以

4、及中心角等特征参数对内转式进气道气动特性的影响，结果显示：在拥有相同捕获面积的前提下，对于同一种捕获型线来说，能够缩小进气道外压段长度，使得进气道整体构型相对更扁平的形式具有相对更高的压缩效率，且流量捕获性能也相对较好。再次，基于三维数值模拟的结果，选取流量捕获特性较好的特性参数进气道进行变几何设计，并对不同捕获型线进气道气动性能进行对比。研究结果表明：在冲压发动机工作模态和涡喷发动机模态下，矩形捕获型线内转式进气道在流量捕获特性上均表现较好，而总压恢复系数和出口马赫数与其它两种捕获型线的内转式进气道差距不大。最后，以矩形捕获型线内转式进气道为基础

5、，设计了一种考虑粘性效应的矩形捕获型线组合动力内转式进气道方案。三维数值模拟结果显示：在确保冲压发动机状态流量捕获能力需求的前提下，可以使内转式进气道在冲压发动机工作模态、涡喷发动机工作模态以及过渡模态下均可正常工作，且流量系数均能满足设计要求。关键词：高超声速，内转式进气道，模态转换，数值模拟，气动特性I宽速域高效内收缩式进气道设计技术研究ABSTRACT3Dinwardturninginletisaspecialhypersonicinlettypewhichcausedextensiveconcentrationrecently.Compar

6、edwiththeothertraditionaltypesofinlet,thetraitof3Dinwardturninginletistheexcellentflowcapturecapability,theinletcanachievefullflowcaptureinthedesignpoint.ButthebigcontractionratioandtheweakoverflowcapacityleadtothestartingproblematlowMachnumberandthelowbackpressureresistance.I

7、nthispaper,thedesignmethodologyofinletwithwideoperationrangewasstudied.Firstly,theprogramtodesign3Dinwardturninginletwascompleted,theinfluenceofthetypicalgeometricparameters(includeleadingedgeandcenterbodyradius)onthebasicflowfieldaerodynamicperformancewassummarized.Secondly,t

8、heinfluenceofdifferentcharacteristicparametersofdifferentcapt