乘波前体两侧高超声速内收缩进气道一体化设计

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaAug252012Vol33No81417-1426ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaaeducnhkxb@buaaeduCR文章编号：i0006893(2012)081417—10乘波前体两侧高超声速内收缩进气道一体化设计南向军，张整元。，金志光南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016摘要：为了探索两侧进气系统的流场结构及气动性能，采用吻切锥乘波前体、压升规律可控的一种高超声速内收缩进气道设计了两侧进气

2、布局的高超声速飞行器一体化进气系统，并进行了数值模拟，研究了进气系统的流场结构、速度特性、攻角特性以及侧滑角特性等。结果表明，设计点前体外流场和进气道内流场相互独立，接力点前体前缘激波和进气道前缘激波相互耦合。由于未吞人前体附面层，因而进气道内激波附面层相互作用较弱，没自产生分离；随米流马赫数增大，进气道总压恢复系数减小，增压比增大显著，升阻比几乎不变；随攻角增大，流量系数增大明显，总压恢复系数略有减小，增压比增大明显，升阻比逐渐增大；随侧滑角增大，进气道总体性能逐渐减小，迎风侧进气道性能下降较小，背风侧进气道性能下降明显。关键词：乘

3、波前体；内收缩进气道；一体化设计；流线追踪；数值模拟中图分类号：V231文献标识码：A高超声速飞行器的前体主要有升力体构型和乘波体构型，相比而言，乘波体构型具有良好的气动性能。乘波体的详细设计及参数化研究见文献[1]，之后Starkey和Lewis[23还对乘波体非设计点的升阻比进行了研究。1981年美国马里兰大学航空工程系Kim等[3]采用锥形流，结合流线追踪技术设计了锥导乘波体。在此基础上，Sobiec—zky等H1引入吻切锥理论，可通过给定的激波面来生成乘波体，而激波面不再限于锥形激波。吻切锥理论大大扩展了乘波体的构型范围，使得

4、乘波体设计更加灵活。此后，他又采用曲面激波轴对称流场，设计了吻切轴对称乘波前体口o。国内也对乘波前体做了大量的研究。北京航空航天大学王卓和钱翼稷凹]研究了锥导乘波体、吻切锥乘波体及吻切轴对称乘波体的气动性能。西北工业大学肖洪等[7]对吻切锥乘波体进行了详细研究，分析了这类乘波体的流场及气动性能。高超声速内收缩进气道由于采用了流线追踪技术，适应性较广。特别是近些年来，高超声速内收缩进气道已成为新的研究热点。Busemann进气道作为其典型代表，在20世纪60年代美国进行的SCRAM计划[81中已表现出优良的总体性能。国内孙波等[93也对

5、Busemann进气道设计方法进行了详细的研究。美国国家航空航天局(NASA)兰利研究中心的SmartElo]提出了一种矩形转椭圆形高超声速进气道概念。英国牛津大学Matthews和JohesLlu利用特征线法得到了等压力和等楔角轴对称基准流场，成功设计出模块化乘波式高超声速内收缩进气道。此外，文献[12]提出了一种压升规律可控的高超内收缩进气道概念，采用三次曲线压升规律的进气道总体性能良好[13I。由于具有适应性广的优点，高超声速内收收稿日期：2011—10．26；退修日期：2012一02—03；录用日期：2012一04—11；网络

6、出版时间：2012—04—2716：06网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／11．1929V201204271606．007html基金项目：国家自然科学基金(90916029)*通讯作者Tel：025—84892200—2100E—mail：zkype@nuaaeduon}

7、用樯武；NanXJ．ZhangKY．JinZGIntegrateddesignofwaveriderforebodyandlateralhypersonichlwardturninginletsActaAeronau-ticaetAst

8、ronauticaSinica，2012，33(8)：1417-1426．南向军，张垄元，金志光．乘波前体两侧高超声速内牧缩进气道一体化设计．航空学报，2012．33(8)：1417-1426航空学报Aug252012Vol33No8缩进气道易于和乘波前体实现一体化设计。20世纪末．美同Kmhari等‘¨1提出利用内收缩进气道基准流场设计飞行器乘波体，得到r前体、进气道完全一体化的飞行器外型。另外．美国FAI。CON计划¨列中的高超飞行器采用r吻切锥乘波前体、复杂构型内收缩进气道一体化构型。该飞行器的布局不同于主流的腹下_布局，而是一

9、种两侧进气布局。乘波前体、高超声速内收缩进气道一体化设计方法是未来高超声速飞行器设计的一个重要发展方向。相比腹下进气布局，两侧进气布局前体外流场和进气道内流场相巨独立。本文将对这种两侧进气布局进行初步的探索研究，采用吻切