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大气扰动对高超声速进气道性能的影响及分析

李文静  
【摘要】: 超燃冲压发动机是当前国际国内研究的一大热点,作为发动机研究的重要组成部分,高超声速进气道性能的研究也面临很多新的挑战,飞行史上诸多的飞行事故表明,需要考虑真实高空风场对进气道性能的影响。 首先,针对高空风场建立描述大气扰动的各工程化模型。大气扰动的风速变化主要与飞行高度、飞行马赫数、紊流尺度、紊流强度有关,可以采用经验公式与高空测量数据相结合的方法,推导离散突风、随机紊流的数学模型,并由此演化出统计突风和非高斯紊流等方程。对各工程化模型进行傅里叶变换,寻找进气道高频域范围内适合研究对象的大气扰动模型,并由此提取大气扰动的谐波分量,作为数值模拟的入口条件。 其次,建立高超声速进气道流场数值模拟的仿真平台。对高超声速进气道二维模型进行非稳态数值模拟。采用Fluent的动网格技术模拟燃烧室背压变化,对数值模拟的结果进行分析,发现进气道-隔离段流场波系呈现伪激波形态,并从分离流角度探讨进气道流场的自激振荡现象;采用Fluent提供的声学模型,采样壁面测点的声压信号,根据不同背压下进气道-隔离段上、下壁面测点的压力脉动数据,计算测点声压的功率谱,进而获得进气道自激振荡的频率峰值;利用Fluent的UDF函数模拟包含大气扰动高频谐波分量的来流条件,进而模拟进气道的声共振现象。 最后,研究大气扰动引起声共振时高超声速进气道性能的变化。分别对进气道的流量捕获系数和总压恢复系数进行计算,观察声共振时性能参数的振动特点,并分析可能的原因;分析进气道压比的变化情况,总结压比上限外包络线的二阶振荡特性,以及此时进气道安全边界的变化,分析扰动条件下安全裕度减小的原因。


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