高超声速二元弯曲激波压缩面反设计方法的参数化研究.pdf

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1、第45卷第4期2013年8月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsV01．45No．4Aug．2013高超声速二元弯曲激波压缩面反设计方法的参数化研究王磊张垄元向有志南向军苏纬仪(南京航空航天大学能源与动力学院，南京，210016)摘要：基于压力分布反设计高超声速进气道弯曲压缩面的方法，采用数值模拟按照正交设计原则，研究了壁面压力分布函数中各设计参数对激波长度比、出口压比、总压恢复系数、出口总压畸变和压缩面阻力系数等压缩性能的影响规律。结果表明：反设

2、计方法可准确设计出满足指定压力分布的弯曲压缩面；设计参数中压缩面中段压力梯度的大小(G。和G。)对压缩性能的影响最为显著。关键词：高超声速进气道；弯曲激波压缩；曲面压缩；反设计；敏感度分析中图分类号：V231．3文献标志码：A文章编号：1005—2615(2013)04一0441一06ParameterAnalysisof2一DHypersonicCurVedReVerseDesignMethodofShockCompressionSurface’丐厂n竹gLPi，Z^口咒gKM咒y“口靠，Xin行gYr0“z^i，Nn行Xin咒gJ

3、“以，S“Weiyi(CollegeofEnergyandPowerEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，2l0016，China)Abstract：Basedonthereversedesignmethod。fhypersonicinletcurvedcompressionsurfacefromtheas—signedpressuredistribution，theeffectofdesignparametersonthecompression

4、performancesuchasshocklengthratio，pressureratio，total—pressurerecovery，distortionanddragcoefficientisinVestiga—ted，usingnumericalsimulationaccordingorthogonaldesign．Theresultsshowthat，curVedc。mpres—sionsurfacedesignedwiththismethodcanexactlymeettheexpectedpressuredistri

5、bution，andthepressuregradientG2andG3onthemiddlesectionofthecurVehaveremarkableinfluenceoncompressionperformance．Keywords：hypersonicinlet；curvedshockcompression；curVedcompressionsurface；reVersedesign；sensitivityanalysis高超声速进气道是超燃冲压发动机的关键部件之一，对整个发动机的性能至关重要，长期以来得到广泛研究。其中二元

6、进气道压缩面设计的基本思想仍未脱离传统的多楔等强度激波压缩或等熵压缩，还存在着长度长、容易诱发附面层分离等问题，难以满足实用的发动机进气道宽马赫数工作的需要[1≈]。为解决此问题，南京航空航天大学张垄元教授提出了弯曲激波压缩这种新的压缩方式，并进行了关于非均匀来流下出口流场的初步研究[3。5]，认为合理配置的弯曲压缩面，可以提高进气道总压恢复系数，同时减小非均匀来流的不利影响；文献[6]从其与常规压缩性能的对比中得出该种压缩有利于附面层的稳定性，并且在非设计工况下性能较优，但并未指出具体的设计方法；文献[7]对二次曲线形成的压缩型面进

7、行了详细的理论和数值计算及实验研究，但其设计没有考虑气动因素且包含的曲面形式较少；文献[8～10]对等压力梯度压缩面的设计进行了详细的理论分析、数值和实验研究，所包含的曲面形式仍较单一，并且其设计是基于简单波的近似方法。基金项目：国家自然科学基金重大研究计划重点支持(90916029)资助项目。收稿日期：2012一O卜30；修订日期：2013一03—12通信作者：张垄元，男，教授，博士生导师，E-mail：zkype@nuaa．edu．cn。442南京航空航天大学学报第45卷本文在以往研究的基础上，利用根据指定沿程压力分布反设计弯曲压

8、缩面的方法，得到了大量具有不同壁面压力分布的弯曲压缩面，计算了这些压缩面在无黏及有黏条件下的流场，在此基础上分析了设计参数对压缩面性能的影响规律。1研究方法1．1压缩概念与设计方法如图1所示，采用凹形的弯曲压缩面，前缘产