S弯进气道优化对其内流场及性能影响

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1、第卷第期工程热物理学报，年月弯进气道优化对其内流场及性能影响研究刘雷宋彦萍陈焕龙陈浮哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨摘要在数值研究大量附面层吸入对某半埋入式弯进气道内部流场及气动性能影响的基础上以软件为平，台对其进行优化并详细对比优化前后进气道内部流场结构及性能变化：，结果表明因吸入大量附面层内低能流体气，，进道内出现流动分离，周向总压畸变和旋流畸变相对均勻进气工况均显著增加；优化后旋流畸变和周向总压畸变分别下降，约和中心线趋于前后缓急相当，扩压器前段截面面积缓慢递增而在接近出口时急速增加，气流在此区间，迅速扩压；不同厚度附面层吸

2、入工况下，优化后进气道气动性能相比优化前均有所改善，但流动分离现象始终存在。关键词弯进气道；附面；优化层；总压畸变；旋流畸变中图分类号：文献标识码：文章编号：，引言进气道作为推进系统的重要组成部分，在设计下产生严重的二次流。因此，弯进气道出口畸变时，不仅要保证它在整个飞行包线内为发动机提供通常较为严重，详细分析其内部流动特性并通过流充足的高品质气流，通常还要考虑其气动布局约动控制或优化手段有效改善其出口气流品质显得十、分必要束及隐身性能要求。近年来，弯进气道因结构紧凑，尤其是吸入大量附面层的半埋入式弯进迎风面积小、隐身性好等诸多优点，受到

3、国内外学气道。者广泛青睐。然而，特有的形管沿流向逐渐扩张，针对弯进气道内部流动特性、几何结构优化存在较大的逆压梯度，进入进气道的气流很难贴附及流动控制等问题，国外学者很早就开展了研究。文于极度弯曲的管道壁面，容易发生流动分离现象。献采用试验手段对某形扩压管内部流动情况同时，两个。，由于离心力作用弯道处上下壁面的压进行了研究，为后续数值方法验证提供了依据文力分布刚好相反；周向上，在横向逆压梯度的驱动献运用本征正交分解法对某弯进气道进行多收稿日期：修订日期：基金项目：国家自然科学基金委创新研究群体基金（国家自然科学基金项目（作者简介：刘雷（男

4、，博士生，研究领域为叶轮机械设计与气动热力学分析。1期刘雷等：弯进气道优化对其内流场及性能影响研究学科、多目标优化设计，结果表明气动性能及电磁性成。沿程截面由上下两部分且都采用超椭圆描述。，能皆考虑时，优化所得进气道气动性能提高幅度小和中心线分布类似，沿程截面长短轴分布由原型长。文献则利用短轴分布于只考虑气动性能优化得到的结果、型函数及其系数组合而成。具体中心线二：次流发展、所示漩涡发生器控制，有效的改善了某弯及沿程截面长短轴分布如式（进气道气动性能。咖）〔⑴目前国内学者也做了大量工作，，但就研究对象而言，大多集中于常规有隔道弯进气道、埋

5、入式弯进气道以及无附面层隔道超音速弯进气道。改咖）善进气道出口气流品质所用手段方面，大多采用扰流器力、合成射流等流动控制方式，采用几何结办，、，、，，，、、°°构优化的研究相对较少。文献在不考虑唇口、隔道及附面层吸入的情况下，对某形入的亚音速二㈤丨柳而运办）形进气道内通道部分进行了优化设计，优化后其出口总压恢复系数系数有较大幅度提高。‘本文在数值研究大量附面层吸；人对某半埋人式、、科矿线分布、而⋯中七，知⑷冋时为原型进气道沿程截面丄半亚音☆速、力弯进气道内部流场结构及气动性处⋯目彭响的部分长、短轴（上半部分截面长短轴相寿）和下帥、丨价彳止

6、士取对甘忙典邻丨基础丄，以优化丨为丁口对其扩压器、铃、邵分长半轴分布〉并详细分析；印为原型进气道沿程截面下分进行优化，了优化对其气动性能以及⑶流场的彭响。—型函数、、、、几㈦为，当时、物理模型，叫分别等于、优化变量选取式⑴、中系数共有个；优化算法半埋入式进气道几何模型細體彳吏用非支配排序遗传算法。整个优化过卿网格均为结构化网格、口边界’总数约万；人程在优化软件平台上进行具体优化流程如，给定总温总压，优化时考虑进气道入口截面高图度的附面层吸入，总压分布以方式给定，出口给定背压，瑞流模型采用—模型。由变量值少⑷，妙：士应用程序生成几何数据“建

7、立几何模型生成网格化—。明！」「：；图模型及边界条件得最优几何模型图优化流程图丄—进气道优化即在保证扩压器进出口截面面积和中心偏距以及沿程截面形状不变的前提下，通过改变扩压器中心线及沿程截面面积分布来改变其几何原型分析结构。，进而选取气动性能最佳的进气道中心线分布图为均匀进气（即不考虑附面层吸入）和由基准中心线、型函数及其系数组合而入口截面高度附面层吸入两祌工况下，原型进52工程热物理学报卷气道对称面及出口总温总压、沿程速度及二次流分优化结果分析布。很明显，相比均匀进气工况，吸入附面层内低能图给出了优化前后进气道几何结构变化显流体后进气道

8、出口截面总压畸变程度更加严重第然，优化后中心线前半部分相比原型更加平缓，后““弯位置开始出现气流分离，出口形成大尺度对半部分更加急促，整体上趋向于前后缓急相当。沿涡”°扇程截面面积方面优化后模