马赫数可控的方转圆内收缩进气道非设计点工作特性.pdf

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1、航空学报Nov．252016V01．37No．113263—3272ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000—6893ON11-1929／V=一：=：=============================================一http：／／hkxb．buaa．educnhkxb@buaa．edu．CR马赫数可控的方转圆内收缩进气道非设计点工作特性李永洲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究所，西安7101003．中国航

2、天科技集团公司西安航天动力技术研究所，西安710025摘要：基于反正切马赫数分布的弥散反射激波中心体轴对称基准流场，设计了方转圆内收缩进气道，并对其进行风洞试验和数值仿真研究，获得该进气道非设计点(Ma一5．0和Ma一7．o)的工作特性和自起动特性。试验结果表明：进气道顶板压力分布具有反正切曲线特征，出口涡流区小且总体性能优良。Ma一5．0和Ma一7．0时出口总压恢复系数分别为0．647和0．443，对应的增压比分别为20．0和32．7。Ma一5．0时，进气道不但可以捕获约90％的自由来流，而且能够自起动(内收缩比高于Kantrowitz限制)，下临界反压为6

3、4倍来流静压，对应的出口马赫数和总压恢复系数分别为1．32和0．409。上述结果表明，本文设计方法可以获得高性能的矩形转圆内收缩进气道。关键词：内收缩进气道；基准流场；马赫数分布规律；风洞试验；自起动中图分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)11-3263—10近年来，一种非传统的高超声速进气道——内收缩进气道越来越受到设计人员的关注，这类进气道采用三维曲面压缩，具有压缩效率高、捕获流量高、浸润面积小、非设计点性能优及适应性广等优点，且设计过程具有一定逆向性[1。4]。正是基于这种优势，它将成为进气道未来的发展趋势并可能引起

4、飞行器总体方案的革新[5书]。从高超声速飞行器机体与推进系统一体化设计出发，进气道通常采用矩形进口，这不但可以使得经过前体压缩的来流均匀，而且也便于模块化安装。椭圆／圆形燃烧室在结构重量、浸润面积、热防护、减阻及角区流动控制方面要明显优于矩形燃烧室[7]，因而各国学者对矩形进口转椭圆／圆出口内收缩进气道设计方法进行了大量研究。Smart基于倒置等熵喷管基准流场，采用截面渐变函数光滑处理得到类矩形转椭圆进气道型面，并进行了风洞试验[8j。Gollan和Ferlemann等采用参数化的方法进行矩形转椭圆进气道设计，只需对型面进行参数修改便可以设计出新的进气道直至符

5、合要求[9]。Sabean和Lewis以期望的出口均匀度为目标用优化的方法进行了矩形转圆的内通道设计[1⋯。Taylor和vanWie[1妇采用截短的Busemann流场，通过截面渐变函数实现矩形进口到圆形出口的光滑过渡。尤延铖等采用三次曲线基准流场，结合流追踪技术和吻切轴对称理论设计了方转椭圆内乘波式进气道并进行高焓收稿日期：2015．11-02；退修日期：2015．12-02；录用日期：2016-03·01；网络出版时间：2016—03-0914：17网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／11，1929．V，20160309．141

6、7002．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@126．com；

7、角格武I李永溯，张垄元．孙逵s赫数可控的方转雹幽收缩迸气道非设计点I作特性iJj．航空学报．2016．37(¨)：3263．3272．LIYz，ZHANGKY，sUND．Off-designperformancecharacteristicsofinwardturninginletwithrectangular-to—circularshapetran—sitionwithcontro

8、lledMachnumberdistribution[J，ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．20{6，37(11)：3263．3272．航空学报Nov．252016VoI．37No．11风洞试验[12。。肖雅彬等发展了一种等收缩比的变截面进气道设计方法，其基准流场是样条曲线[13

9、。南向军等基于压力可控的基准流场，设计了矩形转圆内收缩进气道并进行了风洞试验m]。内收缩进气道的性能直接由基准流场决定，提高进气道性能必须由基准流场人手。目前研究的轴对称基准流场大多是典型的“两波三区”结构[1卜16]，较强的前缘激波及其反射激波

10、不但会造成设计的进气道压缩效率降低，而