抽吸对方转圆内收缩进气道性能的影响

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1、航空学报Dec．252016V01．37No．123625．3633ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000．6893ON11-1929／V========================================一==：=http：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn抽吸对方转圆内收缩进气道性能的影响李永洲1’2～，张垄元1，孙迪31．南京航空航天大学能源与动力学院，南京2100162。中国航天科技集团公司西安航天动力研

2、究所，西安7101003．中国航天科技集团公司西安航天动力技术研究所，西安710025摘要：针对马赫数可控的方转圆内收缩进气道设计了抽吸方案，并通过风洞试验和数值仿真手段研究了其对进气道性能的影响，获得了进气道设计点的工作特性及自起动性能。试验结果验证了抽吸对提升内收缩进气道性能的有效性：在顶板下洗气流集中区域开槽减小了出1：3涡流区以及提高了抗反压能力，相对原型进气道，设计点(Ma一6．o)放气流量为0．99％的实际捕获流量时出13总压恢复系数提高了3．8％，临界反压从135倍来流静压提高到了150倍

3、。此外，在顶板分离区开槽可以提高进气道的自起动能力，Ma=5．0，攻角AOA一4。时实现了自起动，此时放气流量为0．78％的进13捕获流量，起动后出口增压比和总压恢复系数分别为30．6和0．600。关键词：内收缩进气道；抽吸；风洞试验；起动性能；涡流区中图分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)12—3625—09高性能的高超声速进气道是超燃冲压发动机乃至整个飞行器成功的关键[1]，对Ma一5～7一级碳氢燃料飞行器，进气道的压缩效率每提高1％，推进系统的比冲可以增加3％

4、～5％E2]。相比传统的二元、轴对称和侧压式进气道，三维曲面压缩的内收缩进气道具有更高的压缩效率，良好的流量捕获能力、非设计点性能以及适应性，加之设计过程的逆向性，近年来受到研究人员的广泛重视，已成为当前研究的热点[3。4]，并可能再次革新整个飞行器的总体方案[5。6]。对于腹部进气布局的高超声速飞行器，进气道采用矩形进口便于模块化安装和前体的一体化设计口]，而相对矩形燃烧室，椭圆和圆形燃烧室具有重量轻、浸润面积小以及便于热防护等优势。为了同时满足上述进气道进／出口设计要求，多种矩形进口转椭圆／圆出口内

5、收缩进气道的设计方法被提出E811]。但是，这类进气道的隔离段内存在一个明显的涡流区，不但造成出口均匀性变差，而且总体性能和抗反压能力也随之降低。此外，虽然流线追踪技术使得内收缩进气道前缘后掠，在低马赫数下可以更好地起动，但是并没有完全解决起动问题[12

6、。文献[133通过移动唇口的变几何方式实现了低马赫数起动，这会增加结构的复杂性和重量，同时对结构的可靠性提出了严苛要求。因此，设计人员希望可以在定几何条件下改善进气道的起动性能。抽吸是传统二元、轴对称和侧压式进气道中流动控制行之有效的方法[14。“，通

7、过合理地设计槽／孑L的位置和形式等，不但可以提升进气道的起动性能，而且可以提高总体性能。本文作者针对收稿日期：2015—12-24；退修日期：2016—01．23；录用日期：2016—03．04；网络出版时间：2016．03—0914：47网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929．V20160309．1447．008．html基金项目：国家自然科学基金(90916029，91116001)*通讯作者．Tel．：029-85208061E-mail：nuaa-2004@12

8、6．com鳓甩格武t李表溯。张垄元，孙迪．抽吸对方转圆内收缩进气道性能的影响iJ]．航空学报．2016．37(12)：3625-3633LIYZ．ZHANGKY，SUNDEffectofsuctiononperformanceofAwardturninginletwithrectangular-to—circularshapetransitionEJ]．ActaAeronau-ticaetAstronauticaSinica，2016．37(12)：3625．3633．3626航空学报Dec．25201

9、6V01．37No12圆形进13内收缩进气道，设计了5种典型抽吸方案，并通过数值仿真研究了其对内收缩进气道涡流区和起动性能的影响，结果表明效果良好Ll7

10、。本文作为上述工作的延续，针对文献[18]的高性能方转圆内收缩进气道构型和流场特点，设计了抽吸方案，并通过设计点和非设计点的风洞试验研究了抽吸对这类方转圆进气道总体性能和自起动能力的影响。1方转圆进气道构型设计本文研究的方转圆内收缩进气道即原型进气道的设计细节见文献[18]，首先设计了反正