方转圆对三维侧压进气道的流动特性影响

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaNov．252014V01．35No．112939．2948ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cn方转圆对三维侧压进气道的流动特性影响刘雄，王翼*，梁剑寒国防科学技术大学高超声速冲压发动机技术重点实验室，湖南长沙410073摘要：针对三维侧压进气道开展了方转圆研究，通过数值模拟对比了矩形出口、隔离段方转圆和内收缩段方转圆这3种方案进气道的基本性能和流场结构，分

2、析了方转圆过程对进气道性能和流场结构的影响规律。结果表明：采用方转圆隔离段的三维侧压进气道总体性能要优于原型进气道，而在两个方转圆方案中，将内收缩段和隔离段视为一个整体进行方转圆的方案3，要优于从喉部截面开始方转圆的方案2；3种方案进气道隔离段二次流动的共同特点是在底板附近存在方向相反的两个流向涡，它们的强弱关系决定了底板低能流动的分布；始于侧板前缘根部的方转圆过程较始于喉部的方转圆过程对靠近侧板的流向涡的增强作用更大，这个涡提供的“下卷”作用具有改善角区低能流动的效果。关键词：方转圆；高超声速；三维侧压；进气道；内收缩

3、段；隔离段中图分类号：V211文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)11-2939—10高超声速三维侧压进气道通过引入侧板压缩缩短了前体长度，由侧板前伸形成的溢流窗口，也有助于提高低马赫数启动性能[1]。相对于二维进气道，三维侧压进气道中的流场结构要复杂得多，不仅在纵向平面受到前体激波、唇口激波和反射激波的压缩，在横向平面内还受到侧板激波及其反射激波的压缩，流场中存在着多种激波／边界层干扰和激波／激波干扰，而且在角区存在低能流。各国研究人员对三维侧压进气道及其中的激波边界层干扰现象已经开展了一系列的研究工

4、作瞳。4]。与机身高度集成的模块化发动机布局设计一直是研究热点[5书]，在这些构型中，每个冲压发动机模块的捕获截面被要求设计成至少含有底边与两侧三条矩形边，以便一个挨一个地布置发动机模块，充分利用前体预压缩气流；而截面为圆形的发动机包围特定区域所需的燃烧室湿面积较小，承受特定压力和热载荷所需的结构质量较轻，并且能将超声速角区流动带来的流动问题减小到最低程度[7]。美国的Smart等将流线追踪技术与截面渐变方法相结合，提出了方转椭圆进气道构型(Rectangular—to—EllipticalShapeTransition

5、，REST)[7。11

6、，这种进气道的人口形状为矩形，便于实现多模块进气道的并联集成。同时隔离段的出口形状为椭圆形，可以直接与性能更为优良的圆形燃烧室进行对接。而Gollan将此方法推广至任意人口捕获形状，以便与多种飞行器前体进行一体化设计而不仅仅是平面前体[12

7、。Taylor对截面渐变过程中采用的融合函数进行了研究，重点对不同的截面融合函数和融合策略进行了对比，研究结果表明，中部截面变化平缓，捕获截面和出口截面附近变化迅速的融合函数在性能方面表现最好[13

8、。由于在变截面管道中流场三维特收稿日期：2014—02—10

9、；退修日期：2014—06—23；录用日期：2014—07—28；网络出版时间：2014—08—0815：01网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／107527／$1000-6893．2014．0172．htmI基金项目：国家自然科学基金(11002157)*通讯作者Tel．：0731—84574172E—mail：wange—nudt@163．corn引用格武tL{uX．WangY，LiangJH．Effectofrectangular-to-circularonflowcharacteristi

10、csofthree-dimensionalsidewallcompressioninlet[J]ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2014．35(11)：2939-2948．赳雄．I翼。粱蓟寒．方转强对三维钠压进气遭的流动特性影响!JI．航空学报．2014，35(11)：2939-2948．航空学报Nov．252014VoI．35No．11征明显，横向流动显著，因此在流向截面内二次流引起的涡将对流场结构产生影响，Smart的经典方转圆设计方法将导致边界层卷起后在底板中心线附近堆积，进

11、气道抗反压性能下降[1“。于是Ferlemann和Gollan改进了经典方转圆型面生成方法，发展了一套参数化方转圆几何型面生成工具，该工具能提供快速元黏型面设计和灵活的黏性修正选项[15

12、。此外，国内的研究人员也对采用变中心体新型基准流场和压升规律可控的方转圆进气道进行了一系列研究[1617

13、。综上可见，将侧压式进气