基于記憶合金的高超聲速進(jìn)氣道流動(dòng)控制方法及驗(yàn)證.pdf

1、高超聲速進(jìn)氣道作為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，顯著影響著推進(jìn)系統(tǒng)的性能。由于其工作在較寬的工作馬赫數(shù)范圍，非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能往往難以兼顧。因此，為了改善設(shè)計(jì)/非設(shè)計(jì)點(diǎn)綜合性能，需要引入措施對(duì)前體激波系調(diào)節(jié)和通道內(nèi)激波/邊界層干擾實(shí)施必要的控制。隨著形狀記憶合金材料的不斷發(fā)展，其在進(jìn)氣道調(diào)節(jié)領(lǐng)域展現(xiàn)出較大的應(yīng)用潛力，為此本文對(duì)基于局部記憶合金的高超聲速進(jìn)氣道流動(dòng)控制方法及關(guān)鍵氣動(dòng)問題進(jìn)行了探索研究。
　　根據(jù)高超聲速進(jìn)氣道外壓縮激波的調(diào)

2、節(jié)需求，研究了通過局部改變進(jìn)氣道前體壓縮面的外壓縮激波調(diào)節(jié)技術(shù)，建立了由壓縮面輪廓獲得彎曲激波輪廓、由激波輪廓反求壓縮曲面的計(jì)算方法，并據(jù)此研究了壓縮面局部鼓包對(duì)外壓縮激波的影響規(guī)律，提出了鼓包設(shè)計(jì)的原則。
　　針對(duì)肩部膨脹波干擾下的高超聲速進(jìn)氣道唇罩激波/邊界層干擾現(xiàn)象進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在膨脹波影響下，目前廣泛使用的激波/邊界層干擾特性經(jīng)驗(yàn)公式在多數(shù)情況無法獲得滿意的結(jié)果。進(jìn)一步的研究表明，膨脹波與唇罩激波相互干擾是一個(gè)在空間逐漸

3、變化的過程，其存在四種不同的作用機(jī)制，據(jù)此得到了膨脹波抑制唇罩激波/邊界層相互干擾的有利區(qū)間。
　　針對(duì)唇罩激波/邊界層干擾現(xiàn)象，提出了基于二維可變形鼓包的新型控制方法，研究了其流動(dòng)控制機(jī)理和控制規(guī)律，并將鼓包應(yīng)用于高超聲速進(jìn)氣道中。研究表明，其流動(dòng)控制機(jī)理主要包括鼓包迎風(fēng)面的預(yù)壓縮效應(yīng)、外凸段的消波效應(yīng)以及膨脹扇對(duì)邊界層加速效應(yīng)。在有限寬度通道內(nèi)，激波/邊界層干擾具有顯著的三維特性，此時(shí)的控制機(jī)理還包括鼓包分流作用對(duì)側(cè)板下掃低能

4、流聚集現(xiàn)象的抑制效應(yīng)。一般，當(dāng)激波入射在鼓包外凸面時(shí)其對(duì)激波/邊界層干擾具有較好的控制效果。對(duì)于多道激波/邊界層干擾現(xiàn)象，為使鼓包的控制效果達(dá)到最佳，應(yīng)保證各道唇罩激波均入射在鼓包的外凸段表面上，并通過足夠的激波入射點(diǎn)間距和當(dāng)?shù)仨槈簭?qiáng)梯度來實(shí)現(xiàn)各干擾現(xiàn)象之間的相互隔離。
　　對(duì)于目前廣泛研究的微型斜坡式渦流發(fā)生器，尾跡導(dǎo)致的低能流及其自身誘導(dǎo)的旋渦是其下游流動(dòng)的兩個(gè)典型特征。對(duì)有限寬度通道內(nèi)的三維激波/邊界層干擾現(xiàn)象，傳統(tǒng)的微型斜

5、坡式渦流發(fā)生器的控制能力明顯不足。為此，本文提出了一種大后掠微型斜坡式渦流發(fā)生器，其對(duì)通道內(nèi)激波/邊界層干擾現(xiàn)象具有良好的控制能力，其流動(dòng)控制機(jī)理包括預(yù)增壓效應(yīng)、分割效應(yīng)、攔阻效應(yīng)以及旋渦效應(yīng)。當(dāng)激波入射在渦流發(fā)生器后半部分時(shí)，其控制能力最佳。
　　最后，結(jié)合二元高超聲速進(jìn)氣道的截短模型，進(jìn)行了前體激波系調(diào)節(jié)、唇罩激波/邊界層干擾控制等措施的局部記憶合金實(shí)現(xiàn)方式研究。結(jié)果表明，使用反向變形與多次訓(xùn)練的組合處理方式，可獲得具有一定變