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《南京航空航天大学》 2017年
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RBCC单边膨胀喷管过膨胀流动分离现象及机理研究

于洋  
【摘要】:本文以单边膨胀喷管(SERN)为研究对象,采用数值模拟、理论分析与实验验证相结合的方法,对严重过膨胀状态下SERN喷管中的流动分离模式,以及相应的流动分离模式转换现象进行研究。首先,归纳、总结了直壁过膨胀SERN中的流动分离模式。与传统轴对称火箭喷管不同,SERN中的过膨胀流场呈现严重的非对称性。火箭喷管中FSS模式是一个普遍存在的流动分离模式,是火箭喷管中主要的流动分离模式,而RSS只在特定型式的喷管中存在。对于SERN,RSS(ramp)模式是一个普遍存在的流动分离模式,也是SERN中流动分离的主要形式。在数值模拟过程中,除了RSS(ramp)模式外,还发现了FSS与RSS(flap)两种特殊的流动分离模式。火箭喷管的FSS和RSS模式通常伴随着很明显的正激波现象,分离流动部分只存在于壁面分离激波后较小的区域内。SERN中由于缺少了火箭喷管FSS和RSS模式中大范围的正激波的作用,分离激波可以影响到的区域更大,导致SERN中不同分离模式中流场差异较大。然后,通过数值模拟和风洞实验,研究了直壁过膨胀SERN中的分离模式转换过程。火箭喷管中FSS和RSS模式间的相互转换会带来不利于飞行器的侧向载荷,严重时可能会影响整个火箭的工作。SERN中的FSS和RSS模式的相互转换同样存在着“侧向载荷”的问题,但是分离模式转换所引起的侧向载荷作用在飞行器的升力方向,这样引起的主要问题是喷管工作性能的突变,给飞行器的稳定飞行带来一定的困难。由于喷管流场的作用机理不同,喷管的起动、关闭过程与加、减速过程,产生了完全不同的喷管内流场发展过程。由于过膨胀SERN流场中的分离激波,喷管的起动和关闭过程以及加速和减速过程在很多情况下并不是简单的逆过程,不仅存在着迟滞效应,甚至会出现特殊的流动分离模式以及相应的流动分离模式转换过程。接着,将直壁过膨胀SERN中的流动分离模式进一步向大膨胀比非对称推力喷管中推广,并针对影响过膨胀分离模式的关键因素进行详细讨论。在对大膨胀比最短长度设计喷管以及三次曲线设计喷管的数值模拟过程中,同样发现了在不同的喷管工作落压比条件下出现的RSS(flap)、RSS(ramp)以及FSS的流动分离模式,及其对应的流动分离模式转换。对于大膨胀比曲线膨胀面设计的喷管,外流马赫数对喷管过膨胀流场的影响更加明显。喷管的初始膨胀角和下壁面长度影响着喷管内的流动分离模式,而喷管长度影响更多的是喷管内流动分离模式转换发生的临界落压比。最后,给出了飞行器在Ma=8巡航,喷管兼顾低落压比和巡航状态,并选择在Ma=6工作状态的设计结果。通过数值方法,分别模拟了外流马赫数线性变化过程,以及真实的直接爬升路径中,喷管内出现流动分离模式转换的过程。结果发现:对于整个爬升阶段喷管中出现的流动分离模式及相应的流动分离模式转换形式,与外流马赫数线性变化所得到的结果类似,但分离模式转换时所处的外流马赫数却有较大差异。在实际的直接爬升路径中,流动分离模式转换会被推迟,但模式转换前后的分离流场模式并不受影响;外流马赫数的变化速率不会影响喷管中出现的流动分离模式的形式,但会影响分离模式转换的临界马赫数,以及分离模式转换前后喷管的性能。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:V231

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张浩;李光熙;李江;秦飞;何国强;;内置中心支板的RBCC变几何二元进气道设计与数值模拟[J];固体火箭技术;2014年02期
2 汤祥;何国强;秦飞;;轴对称结构RBCC燃烧室超燃模态燃烧性能研究[J];西北工业大学学报;2014年01期
3 汤祥;何国强;秦飞;;RBCC发动机超燃模态燃料喷射方案数值模拟研究[J];固体火箭技术;2013年06期
4 吕翔;何国强;刘佩进;秦飞;;火箭/冲压组合推进巡航飞行器有效载荷质量分析[J];固体火箭技术;2014年04期
5 阮建刚;何国强;吕翔;;RBCC—RKT两级入轨飞行器飞行轨迹优化方法[J];航空学报;2014年05期
6 路媛媛;张蒙正;严俊峰;;火箭推力室喷管内激波对RBCC性能影响分析[J];火箭推进;2013年05期
7 张时空;刘佩进;吕翔;秦飞;潘科玮;汤祥;;RBCC发动机性能快速分析方法改进和验证[J];固体火箭技术;2013年04期
8 何国强;徐朝启;秦飞;刘佩进;潘科玮;;基于直扩流道构型的RBCC发动机亚燃模态高效燃烧组织研究[J];推进技术;2013年08期
9 石磊;何国强;秦飞;;RBCC发动机海平面零速引射模态流场数值模拟(英文)[J];固体火箭技术;2013年03期
10 张浩;李光熙;李江;秦飞;何国强;;RBCC二元进气道起动性能数值模拟研究[J];科学技术与工程;2013年15期
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 蔡佳;高超声速二元进气道起动及非设计状态性能估算[D];南京航空航天大学;2013年
2 安佳宁;RBCC(火箭基组合循环)引射模态研究[D];国防科学技术大学;2011年
3 黄国庆;火箭基组合循环发动机引射模态性能研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 林其;火箭基组合循环发动机(RBCC)引射模态的准一维理论分析[D];中国空气动力研究与发展中心;2009年
5 张艳慧;非对称大膨胀比喷管设计及性能分析[D];南京航空航天大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 张时空;李江;秦飞;魏祥庚;叶进颖;汤祥;;燃料喷注位置对于RBCC超燃模态性能的影响[J];固体火箭技术;2015年06期
2 李永洲;刘晓伟;张蒙正;南向军;;马赫数2.5~7.0的二元变几何进气道设计[J];火箭推进;2015年05期
3 崔朋;徐万武;陈健;宋长青;;火箭基组合循环燃烧组织研究现状[J];火箭推进;2015年04期
4 潘浩;潘宏亮;秦飞;何国强;王亚军;;基于三维CFD的RBCC发动机建模方法[J];固体火箭技术;2015年03期
5 张时空;李江;秦飞;吕翔;张正泽;;两级入轨运载器RBCC动力系统内流道设计与性能计算[J];推进技术;2015年04期
6 汤祥;何国强;秦飞;;RBCC发动机超燃/火箭模式流场数值模拟研究[J];推进技术;2013年12期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 闵浩;TBCC可调高超声速内转进气道设计方法研究[D];南京理工大学;2018年
2 倪凯捷;TBCC可调二元进气道设计方法研究[D];南京理工大学;2017年
3 顾强;Ma0-7组合动力进气道流动特性研究[D];南京航空航天大学;2017年
4 罗美千子;Trijet组合循环发动机排气系统数值仿真与分析[D];南京航空航天大学;2016年
5 崔朋;SMC模式下火箭基组合循环引射/亚燃模态性能研究[D];国防科学技术大学;2015年
6 边昕;大膨胀比两级涡轮气动设计及数值研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
7 邓军;火箭基组合循环(RBCC)引射模态分析[D];哈尔滨工业大学;2015年
8 张宇杰;支板发动机引射模态混合增强特性研究[D];国防科学技术大学;2012年
9 安佳宁;RBCC(火箭基组合循环)引射模态研究[D];国防科学技术大学;2011年
10 李超;并联式TBCC排气系统的气动设计、性能研究及初步优化[D];南京航空航天大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 薛瑞;胡春波;吕翔;秦飞;;两级入轨RBCC等动压助推弹道设计与推进剂流量分析[J];固体火箭技术;2013年02期
2 龚春林;韩璐;;RBCC可重复使用运载器上升段轨迹优化设计[J];固体火箭技术;2012年03期
3 汤祥;何国强;秦飞;刘佩进;潘科玮;;轴对称结构RBCC发动机超燃模态试验和数值模拟[J];固体火箭技术;2012年02期
4 潘科玮;何国强;秦飞;刘佩进;汤祥;;用小支板及凹腔组合提高火箭冲压组合发动机的燃烧性能[J];推进技术;2012年02期
5 李鹏飞;何国强;秦飞;刘佩进;潘科玮;;轴对称结构RBCC发动机超燃模态性能分析[J];固体火箭技术;2011年06期
6 石磊;何国强;秦飞;刘佩进;刘晓伟;;某RBCC样机进气道的设计与数值模拟[J];航空动力学报;2011年08期
7 秦飞;何国强;刘佩进;李鹏飞;;圆形燃烧室支板火箭超燃冲压发动机数值模拟[J];固体火箭技术;2011年02期
8 秦飞;吕翔;刘佩进;何国强;;火箭基组合推进研究现状与前景[J];推进技术;2010年06期
9 潘科玮;何国强;刘佩进;杨斌;;RBCC混合燃烧模态一次火箭对燃烧稳定影响[J];推进技术;2010年05期
10 刘晓伟;何国强;刘佩进;;一种RBCC二元进气道变几何方案研究[J];固体火箭技术;2010年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 李留刚;典型高超声速进气道的不起动特征研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 林其;火箭基组合循环发动机(RBCC)引射模态的准一维理论分析[D];中国空气动力研究与发展中心;2009年
3 彭丽娜;RBCC主火箭与燃烧室热防护分析与试验[D];西北工业大学;2007年
4 吕翔;火箭基组合循环(RBCC)发动机性能分析模型研究[D];西北工业大学;2005年
5 李宇飞;RBCC引射火箭模态性能研究[D];西北工业大学;2004年
【相似文献】
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1 聂赟;马大为;乐贵高;;RBCC高超声速飞行器粘性效应分析研究[J];飞航导弹;2013年02期
2 王浩泽;李江;秦飞;魏祥庚;;RBCC发动机主被动复合热防护方案研究[J];固体火箭技术;2015年02期
3 刘永兴;王魁;曹再勇;;RBCC推进系统主火箭发动机气氧/煤油推力室研究[J];火箭推进;2009年06期
4 刘晓伟;何国强;刘佩进;秦飞;;RBCC亚燃模态点火及火焰稳定研究(英文)[J];固体火箭技术;2010年05期
5 刘晓伟;石磊;刘佩进;何国强;;RBCC发动机引射模态进气道特性研究[J];固体火箭技术;2016年05期
6 王志健;刘佩进;张漫;;采用多级主火箭的RBCC发动机性能分析(英文)[J];固体火箭技术;2010年03期
7 刘昊;王君;;RBCC发动机火箭推力增益之探讨[J];火箭推进;2017年01期
8 林彬彬;潘宏亮;叶进颖;邹祥瑞;王超月;;多模态RBCC主火箭混合比对引射流动燃烧影响[J];固体火箭技术;2015年06期
9 潘宏亮;叶进颖;邹祥瑞;秦飞;;RBCC变结构燃烧室动态特性研究[J];工程热物理学报;2018年09期
10 张留欢;南向军;张蒙正;;RBCC发动机纯火箭模态流场数值仿真研究[J];火箭推进;2016年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 时文;刘萌萌;王友银;鲍文;;氢燃料RBCC火箭-引射模态性能分析[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
2 李昊炜;秦江;张铎;鲍文;于达仁;;一体化RBCC膨胀循环供给系统[A];第八届全国高超声速科技学术会议论文摘要集[C];2015年
3 吕翔;刘佩进;何国强;;RBCC发动机性能分析模型[A];中国宇航学会2005年固体火箭推进第22届年会论文集(发动机分册)[C];2005年
4 石磊;何国强;秦飞;刘佩进;;RBCC发动机零速引射模态流场数值模拟[A];高超声速专题研讨会暨第五届全国高超声速科学技术会议论文集[C];2012年
5 石磊;何国强;秦飞;刘佩进;;RBCC发动机零速引射模态流场数值模拟[A];第七届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2012年
6 罗飞腾;田雨菲;刘国栋;冮强;;宽马赫数RBCC燃烧室亚燃模态热力喉道调节特性[A];中国航天第三专业信息网第三十七届技术交流会暨第一届空天动力联合会议论文集[C];2016年
7 景婷婷;何国强;李文强;刘洋;秦飞;;RBCC火箭射流区主动冷却通道数值模拟研究[A];第八届全国高超声速科技学术会议论文摘要集[C];2015年
8 李强;何国强;刘佩进;;RBCC热力喉道生成机理探索[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
9 黄生洪;Tohru Mitani;Eijiro Kitamura;徐胜利;;壅塞机制对RBCC引射模态推力增强性能的影响[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
10 黄生洪;徐胜利;;RBCC亚、跨、超声速引射燃烧流场的数值研究[A];2003空气动力学前沿研究论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 于洋;RBCC单边膨胀喷管过膨胀流动分离现象及机理研究[D];南京航空航天大学;2017年
2 黄生洪;火箭基组合动力循环(RBCC)引射模态燃烧流动研究[D];西北工业大学;2002年
3 刘佩进;RBCC引射火箭模态性能与影响因素研究[D];西北工业大学;2001年
4 汤祥;RBCC支板火箭超燃模态动态过程与性能研究[D];西北工业大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吕翔;火箭基组合循环(RBCC)发动机性能分析模型研究[D];西北工业大学;2005年
2 李宇飞;RBCC引射火箭模态性能研究[D];西北工业大学;2004年
3 吴祥;模糊控制在RBCC燃烧组织中的应用研究[D];西北工业大学;2002年
4 邓军;火箭基组合循环(RBCC)引射模态分析[D];哈尔滨工业大学;2015年
5 彭丽娜;RBCC主火箭与燃烧室热防护分析与试验[D];西北工业大学;2007年
6 安佳宁;RBCC(火箭基组合循环)引射模态研究[D];国防科学技术大学;2011年
7 严岭峰;RBCC飞行器前体/进气道一体化气动构型设计[D];南京航空航天大学;2014年
8 林其;火箭基组合循环发动机(RBCC)引射模态的准一维理论分析[D];中国空气动力研究与发展中心;2009年
9 黄斌;基于TDLAS的RBCC发动机出口燃烧流场诊断实验研究[D];西北工业大学;2015年
10 王增辉;RBCC地面实验及数据处理方法[D];西北工业大学;2006年
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