【摘 要】
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吸气式高超声速飞行器在空间运输、尤其是国家空天安全领域具有重要的政治和军事意义,为航天领域的主要研究方向与热点之一。而高超声速进气道作为其动力装置的关键部件,承担
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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吸气式高超声速飞行器在空间运输、尤其是国家空天安全领域具有重要的政治和军事意义,为航天领域的主要研究方向与热点之一。而高超声速进气道作为其动力装置的关键部件,承担着压缩空气以及为燃烧室提供稳定进口流场的任务,也是发动机的主要阻力来源和总压损失部件,其流动直接影响着发动机性能。
针对高超声速二元进气道边界层分离流动控制问题,探索了抽吸、平行吹气的流动控制方式的关键影响参数及规律,给出了二元进气道分离包抽吸和平行吹气布局的初步方案,并考察了其在不同压比和不同位置下对分离区的控制效果,在此基础上设计了循环流动控制方案。研究发现,循环流动控制方法能够在不损失流量,不需要配置高压气源的情况下,实现对进气道分离区的控制;为了适应宽马赫数范围下对分离区的控制,采用多点抽吸单点吹除的方法,在较宽的工作范围内,对进气道的分离区都实现了有效的控制。
针对三面压缩进气道内部分层流动以及流向涡的流动现象,本文设计并考察了顶板抽吸和侧壁抽吸对边界层的控制效果,分析了其对三面压缩进气道流向涡尺度以及总压恢复等性能的影响。研究发现,三面压缩进气道唇口激波导致的侧壁边界层分离是隔离段分层流动现象的主要原因;顶板分离区下游抽吸能将进气道隔离段底部低速低能区气流抽掉,提高了进气道出口平均总压恢复系数,同时改善出口流场的均匀性,但是对流向涡区的控制效果很有限;隔离段流向涡区气流主要源于侧壁边界层,分离区抽吸大幅抑制了侧壁边界层的分离流动,从源头上控制了隔离段流向涡的形成,改善了出口流场品质,而且抽吸面积越大,流动品质的改善作用就越明显,但是也伴随着流量损失。
通过对高超声速二元进气道壁面抽吸布局、平行吹气、循环流动控制方案和三面压缩进气道边界层抽吸流动的建模及模拟分析了不同的流动控制方案对高超声速进气道内部边界层流动的控制效果,为进一步研究提供依据。
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