吸氣式高超飛行器一體化下的進(jìn)氣道設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、高超聲速飛行器具有廣泛的軍事和商業(yè)應(yīng)用前景，是當(dāng)今世界各航空航天大國(guó)的研究熱點(diǎn)。高超飛行器機(jī)體/推進(jìn)一體化構(gòu)型設(shè)計(jì)和超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行的關(guān)鍵技術(shù)，是人們研究和關(guān)注的重點(diǎn)。
　　本文首先在分析借鑒典型高超聲速飛行器一體化構(gòu)型布局的基礎(chǔ)上，針對(duì)飛行馬赫數(shù)Ma=7，飛行高度H=30km的設(shè)計(jì)條件提出了三種高超聲速飛行器機(jī)體/推進(jìn)構(gòu)型方案。其中為了滿足一體化設(shè)計(jì)和內(nèi)流道中不同截面進(jìn)氣道/燃燒室相匹配的要求，高超聲速飛行

2、器構(gòu)型設(shè)計(jì)方案采用了一種新型的三維內(nèi)壓縮變截面Busemann進(jìn)氣道。通過數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)三種飛行器構(gòu)型的內(nèi)外流場(chǎng)特性、升阻比特性、阻力特性等氣動(dòng)性能和各自所采用的變截面Busemann進(jìn)氣道性能進(jìn)行了評(píng)估，分析總結(jié)了其各自的特性，并指出了其不同的應(yīng)用背景條件。研究發(fā)現(xiàn)，三種構(gòu)型的外部繞流及進(jìn)氣道內(nèi)部流動(dòng)特性與設(shè)計(jì)狀態(tài)基本吻合。其中升力體構(gòu)型的前體底部型面因采用乘波體表面設(shè)計(jì)而具有“乘波”特性。在設(shè)計(jì)狀態(tài)(攻角α=0°)下，升力體構(gòu)型的升

3、阻比最高，容積特性好，綜合性能較優(yōu)。類乘波體構(gòu)型的建立主要采用將推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)氣道有效融合到乘波體機(jī)體中、進(jìn)氣道內(nèi)壓縮激波和機(jī)體激波互不干擾的設(shè)計(jì)思路。在設(shè)計(jì)狀態(tài)下，飛行器構(gòu)型的整體“乘波特性”明顯，升力特性最優(yōu)。飛行器-發(fā)動(dòng)機(jī)融合體構(gòu)型是在軸對(duì)稱高超飛行器構(gòu)型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展得到的，其構(gòu)型的建立將飛行器推進(jìn)系統(tǒng)和機(jī)體完全融合。在設(shè)計(jì)狀態(tài)下，飛行器-發(fā)動(dòng)機(jī)融合體構(gòu)型機(jī)體外表面無激波存在，其整體阻力特性最小，具有良好的加速特性。同時(shí)本文通過對(duì)

4、三種高超飛行器構(gòu)型所采用的變截面Busemann進(jìn)氣道的流場(chǎng)和性能特性進(jìn)行研究，分析發(fā)現(xiàn)變截面Busemann進(jìn)氣道具有較高的總壓恢復(fù)和均勻的出口流動(dòng)特性，能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流道不同進(jìn)/出口截面的設(shè)計(jì)要求，適用于高超聲速飛行器一體化構(gòu)型的設(shè)計(jì)。
　　斜激波串非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)作為吸氣式高超聲速飛行器內(nèi)流道中最為復(fù)雜的流動(dòng)形態(tài)，對(duì)其進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬至今均是一大難題，本文設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單管道模型并在Ma=5風(fēng)洞中進(jìn)行了斜激波串的實(shí)驗(yàn)研究，探

5、討了兩種不同背壓變化條件下斜激波串的流動(dòng)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)特性。其中模型背壓的生成和控制通過模型尾部?jī)蓧K斜板的閉合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)過程中同步進(jìn)行了斜激波串區(qū)域壁面動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量和高速紋影流動(dòng)顯示。研究發(fā)現(xiàn)，隨著背壓升高，激波串逐漸前移，其流場(chǎng)結(jié)構(gòu)由對(duì)稱形態(tài)發(fā)展為非對(duì)稱形態(tài)，并持續(xù)整個(gè)移動(dòng)過程。在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下，背壓增加的速度對(duì)激波串前緣的前移速度沒有影響。激波串在管道內(nèi)的前移過程并不是一個(gè)恒定運(yùn)動(dòng)過程，而是存在有穩(wěn)定前移和急劇前移兩種狀態(tài)，其特性與