二元超声速进气道的反压特性研究

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1、中图分类号：V211.3论文编号：102870218-S103学科分类号：082502硕士学位论文二元超声速进气道的反压特性研究研究生姓名汪昆学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向内流气体动力学指导教师谢旅荣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NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchonCharacteristicsofBackpressureonTw

2、o-DimensionalSupersonicInletAThesisinPropulsionTheoryandEngineeringofAeronauticsandAstronauticsbyWangKunAdvisedbyAssociateProf.XieLürongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文设计了一种二元超声速进气道，研究了扩张段型面参数对设计状态下

3、进气道的气动性能及流场的影响，并对弯曲扩张段内激波串自激振荡特性及进气道的不起动和再起动特性开展了详细的非定常数值仿真研究。首先，研究了超声速进气道扩张段型面的中心线变化规律、扩张比及中心线偏距对设计状态下进气道的气动性能及流场的影响。结果表明：采用前缓后急中心线变化规律的进气道出口总压恢复系数最高，而采用前急后缓中心线变化规律的进气道总压恢复系数最低；随着扩张比从1.40增大到1.80，进气道总压恢复系数和抗反压能力均下降，出口马赫数上升,扩张比与长度对进气道出口参数的影响存在较强的耦合关系；随着偏距比的增加，进气道总压恢复系数起初有一定

4、的升高，但偏距比增大到0.80之后，造成扩张段出口下壁面出现气流分离，导致总压恢复系数降低，出口马赫数增大，总体上偏距比变化对进气道抗反压能力影响不大。然后，研究了超声速进气道弯曲扩张段部分的流场结构及激波串自激振荡特性。结果表明：扩张段内的激波串结构随反压增大发生了由对称→非对称→对称→非对称的演化，激波串的大幅振荡和小幅振荡交错出现。当激波串头激波与背景激波相交时，激波串出现高频小幅振荡；当激波串前缘点的位置处在扩张段上壁面背景激波反射点时，激波串出现低频大幅振荡，而处在扩张段下壁面背景激波反射点时，不会出现低频大幅振荡。激波串振荡频率

5、与扩张段内部分离包变化频率相近，壁面形状和背景激波的逆压力梯度是产生激波串自激振荡的重要原因。接着，研究了不同反压变化规律对进气道正常工作流场和性能的影响。结果表明：随着反压递增，进气道总压恢复系数先增大后减小。反压振荡变化时，振荡频率和幅值都会影响进气道性能，振幅越大，造成总压损失越大；频率大于100Hz后，频率对于总压损失影响较小。振荡频率和幅值都会影响激波串起始位置的振荡范围，两者作用效果恰好相反。反压突增变化时，在不同的增压速度下，进气道呈现不同的流场特征，而进气道性能特性表现相似；激波串起始点移动速度随增压速度增大而增大。最后，研

6、究了不同反压变化规律对超声速进气道不起动和再起动特性的影响。结果表明：反压突变时，不同降压时间对进气道再起动效果有直接影响，降压时间越短，对进气道再起动越有利，而降压时间过长，进气道无法实现再起动；随着反压降压值增大，进气道实现再起动的最大降压时间随之增加，当反压降压值和降压时间都较大时，进气道实现再起动前会出现短时间喘振；降压时间和降压值共同影响进气道再起动特性。当反压振幅较小时，进气道可以承受比定常计算下更大的反压，当振幅过大，进气道不起动。关键词：超声速进气道，弯曲扩张段，激波串，自激振荡，不起动，再起动，分离包I二元超声速进气道的反

7、压特性研究ABSTRACTAtwo-dimensionalsupersonicinletwasdesignedtostudytheeffectofgeometryparameterofthediffuserontheaerodynamicperformanceandflowcharacteristicsunderinletdesigncondition,andthecharacteristicsofbackpressureandself-excitedoscillationofshocktrainincurveddiffuserwerein

8、vestigatedthroughunsteadynumericalsimulation.First,theinfluencesofthelawofthecenterline,e