多级压缩锥导∕吻切锥乘波体设计与对比分析

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1、2015年11月第41卷第11期北京航空航天大学学报JournalofBeOingUniversityofAeronauticsandAstronauticsNovember2015V01．41No．1lhttp：}}bhxb．buaa．edu．ca、buaa@buaa．edu．CBDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0740多级压缩锥导／吻切锥乘波体设计与对比分析吕侦军，王江峰+(南京航空航天大学航空宇航学院，南京210016)摘要：将乘波体作为以吸气式超燃冲压发动机为动力的

2、高超声速飞行器的前体，不仅可以发挥乘波体优异的气动力性能，而且起到了高超声速飞行器前体对来流的预压缩作用．为了进一步提升乘波前体的预压缩作用，基于Sobieczky提出的吻切锥原理，发展了一种新的多级压缩乘波体外形的设计方法．将该设计方法应用到锥导和吻切锥乘波体的设计中，生成了具有多个压缩面的多级压缩锥导和吻切锥乘波体，同时对相同设计条件和具有相同投影曲线的前缘条件下获得的三级压缩锥导和吻切锥乘波体的性能进行了对比分析．研究结果表明数值模拟计算结果与设计预期完全吻合，该多级压缩乘波体设计方法可以应用于锥导和

3、吻切锥乘波体．关键词：气动布局；高超声速；多级压缩；锥导乘波体；吻切锥乘波体中图分类号：V221+．3文献标识码：A文章编号：1001-5965(2015)11—2103-07对于以吸气式超燃冲压发动机为动力的高超声速飞行器而言，需要飞行器前体为发动机提供气流压缩、减速增压等，以确保超燃冲压发动机的启动与燃烧，而乘波体可以很好地担当这一任务．自1959年Nonweiler⋯首先提出“乘波”概念以来，各种乘波体设计方法相继被提出，国内外研究者已对其开展了广泛的研究，乘波体也被应用到高超声速飞行器的设计中去．R

4、asmussen等旧。1提出的锥导乘波体设计方法和Sobieczky等¨剖提出的吻切锥乘波体设计方法都是较为经典的乘波体设计方法．王卓、钱翼稷∞1对比分析了锥型流理论、吻切锥理论及吻切轴对称理论生成的不同乘波机外形．刘嘉、王发民"⋯、姚文秀等p’提出了用相交楔锥流场构造乘波构型飞行器前体的方法，利用该方法可以生成二级压缩乘波体．吕浩宇等¨叫研究了乘波构型飞行器前体和磁流体进气道一体化设计，得出对进气道引入磁流体流动控制技术不仅可以将高温高马赫数来流中的部分能量转化为电能，还有利于提高燃烧室的热效能，磁流体流

5、动控制技术可以有效地提高进气道的性能．贺旭照等H卜121提出密切曲面内锥乘波前体进气道(OsculatingInwardturningConeWaveriderIn—let，OICWI)的一体化设计方法．张红文等¨列研究了乘波外形／轨迹一体化设计，获得了满足全局最大航程要求的最优气动外形．对于已经进行过飞行演示验证的以吸气式超燃冲压发动机为动力的高超声速飞行器来说，X-43。14]前体采用的是三级压缩(ThreeStageCom—pression，TSC)，x-51。15]前体采用的是二级压缩．目前，主要设

6、计方法设计出的乘波体都只能进行一次压缩，压缩效率明显不够，需要进气道进行进一步的压缩，这增加了进气道的设计难度，也使进气道内流动变得复杂．因此，开展具有多级压缩功能的乘波体设计技术研究可以扩大乘波体在高超收稿日期：2014．11-27；录用日期：2015-01-04；网络出版时间：2015-01-2310：43网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150123．1043．001．html基金项目：江苏高校优势学科建设工程项目作者简介：吕侦军(1987一)，男

7、，江苏泰州人，博士研究生，lzhjl987124@126．corn*通讯作者：王江峰(1970一)，男，江苏南京人，教授，wangjf@nuaa．edu．cn，主要研究方向为高超声速飞行器布局设计、燃烧流场数值模拟技术、气动加热计算技术等．引用格式：吕侦军，王江峰．多级压缩锥导／吻切锥乘波体设计与对比分析ⅣJ．北京航空航天大学学报，2015，41(11)：2103—2109．LruZi．WanglF．Designandcomparativeanalysisofmultistagecompressioncon

8、e—derivedwaveriderandosculatingCORewaverider[JJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，4101)：2103—2109(inChinese)．2104北京航空航天大学学报声速飞行器设计方面的工程应用前景．本文将发展的多级压缩乘波体设计方法同时应用到锥导乘波体和吻切锥乘波体设计中去，通过该