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一体化的超燃冲压发动机能够提供的净推力有限,为获得尽可能高的净推力,作为其阻力主要承载部件的高超声速进气道的减阻研究亟待开展。
为了探索高超声速进气道的减阻设计方法,本文首先借助一维流理论对二元进气道外压段阻力进行了理论分析,推导了计算外压段阻力的理论公式,建立了阻力与其它气动参数之间的内在联系。公式表明:外压段阻力随总压恢复系数的增大而减小,提高总压恢复系数是减小阻力的有力途径,它们之间具有一定的同义性.
然后,对于二元常规压缩进气道外压段,以理论公式为依据,通过改变等激波强度配波的楔数、二楔压缩的楔角匹配及等熵压缩的初始楔角探索了外压段的阻力特性,研究表明:采用小初始楔角的等熵压缩是常规压缩外压段减阻设计的可行方案。对于外罩与内压段,研究表明:不同外压段压缩方式对应的外罩加内压段最佳阻力特性相近,因此外压段阻力可以表征整个进气道的阻力水平。
继而,对于二元非常规压缩进气道外压段,首先分析了设计马赫数、设计增压比、无量纲初始楔角度,无量纲初始楔长度对等压力梯度、等速度梯度及等马赫数梯度这三种非常规压缩方式阻力的影响规律。在此基础上,鉴于非常规压缩流场的有旋性,借助逐步回归法及正交选点技术对三种压缩方式的外压段阻力系数建立了多维拟合计算式,为其阻力提供了估算工具。研究表明:采用尽可能小的无量纲初始楔角度和尽可能大的无量纲初始楔长度的等马赫数梯度压缩是非常规压缩外压段减阻设计的可行方案之一。
最后,根据风洞来流条件,选择6°初始楔角的等熵压缩作为低阻常规压缩外压段;无量纲初始楔角度0.2、无量纲初始楔长度0.12的等马赫数梯度压缩作为低阻非常规压缩外压段。并对两者进行了Ma5.3的风洞试验,通过数据对比验证了本文所述减阻观点的正确性。