基于弯曲激波压缩系统的高超声速进气道反设计研究进展

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJan．252015V01．36No．1274—288ISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．cn基于弯曲激波压缩系统的高超声速进气道反设计研究进展张望元*南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室，南京210016摘要：总结了近十年来弯曲激波压缩研究的主要成果。提出了弯曲激波压缩系统的新概念，即利用特殊设计的楔形弯曲压缩面或空问弯曲压缩面，产生一系列与前缘弱激波相互交汇或叠加的压缩波

2、系，从而使前缘激波弯曲，形成特殊的弯曲激波，它与波后的等熵压缩波来共同完成对气流的压缩。在此基础上，实现了由给定出1：3气动参数的超声速内流道反设计，实现了由给定压缩面压力分布和给定压缩面马赫数分布要求的型面反设计，实现了由给定激波波面的压缩型面反设计。研究证明，弯曲压缩面一弯曲激波压缩系统具有良好的综合气动性能，为高性能高超声速进气系统的气动设计提供了一种全新的设计方法。关键词：高超声速进气道；反设计；弯曲激波压缩系统；弯曲压缩面；风洞试验；变几何进气道中图分类号：V231文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)01—0274—15采用吸气式

3、推进系统的高超声速飞行器，高速气流首先在进气道内被预设的压缩面所压缩，给下游的燃烧室提供所需要的流量和流场。作为推进系统热力循环的第一步，进气气流的压缩过程是关键之一。目前世界各国研究较多的超燃冲压发动机进气系统大致可以分为4大类：二维平面压缩进气系统、二维轴对称压缩进气系统口。2]、带顶压的三维侧压式进气系统[31和各种三维内收缩进气系统[4_6]。这4种进气压缩方式各有特点，气动外形差别甚大，但它们的共同特点都是利用各种压缩面产生的压缩波和激波对气流进行压缩。合理、巧妙、高效率地组织激波或者压缩波来压缩气流是压缩系统的首要设计任务。近年来，高超声速进气道

4、的研究进展迅速。为满足高超声速推进技术，特别是超燃冲压发动机的具体性能需求而进行的研究已经取得了显著成绩，已经发展出一些性能良好的实用型高超进气道；与此相适应的一些高超进气道流动机理的先期研究也获得了长足的发展。高超声速推进技术特别是超燃冲压发动机技术的快速发展，对进气系统的设计和性能提出了一系列挑战性的问题：例如进气道与燃烧室的一体化设计问题、进气道与飞行器前体的一体化设计问题、压缩面附面层分离和流态的控制问题、进气道的减阻问题、宽马赫数范围进气道的设计问题、缩短进气道长度的问题以及与气动热相关的一些问题等，这些新的设计要求或设计理念正在对进气道研究者提出

5、新的挑战，例如：设计理念1有没有可能由燃烧室人口流场的需求来反设计进气压缩系统。设计理念2如何组织压缩面升压规律或减速规律使控制压力梯度或速度梯度分布更为合理。收稿日期：2014-07·25；退修日期：2014—09—01；录用日期：2014-09-16；网络出版时间：2014．09．1715：39网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／10．7527／S1000—68932014．0240．htmI基金项目：国家自然科学基金(90916029)*通讯作者．Tel．：025—84892201-2100E-mail：zkype@nuaa．e

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7、ZhangKY．Researchprogressonhypersonicinletreversedesignbasedoncurvedshockcompressionsystem!J]．ActaAeronau．ticaetAstronauticaSinica，2015，36(1)：274-288．张垄元．基于弯莹激波压缩系统的高超声速进气道反设计研究进展!J]．航空学报，2015．36(1)：274-288．张垄元：基于弯曲激波压缩系统的高超声速进气道反设计研究进展275设计理念3如何在保证气动性能前提下，有效地降低进气系统的阻力。设计理

8、念4在前体一进气道一体化设计的前提下，如何在非均匀来流下设计高超声速进气压缩系统。设计理念5随着马赫数的增加，进气压缩面长度迅速增加，如何有效地缩短进气道压缩面长度。设计理念6在宽马赫数工作范围，如何科学地组织压缩波系以使非设计点激波形态可控。设计理念7在飞行条件下，如何有效地控制压缩面的附面层流态。设计理念8如何考虑气动热对进气道设计的影响。面对这些新的挑战，应该如何应对?回顾目前传统的进气道设计理念，基本上仍是遵循20世纪40年代提出的经典()swatitsch配波理论一-和等熵压缩理论[2]，然后参照多年积累的研究经验和工程经验加以改进。这种设计体系本

9、质上属于“正向”设计，即首先根据上述理论或设计经验勾