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二元高超声速进气道阻力特性研究

王金光  
【摘要】:在Ma2~3的飞行马赫数范围,冲压发动机成为吸气式超声/高超声速飞行器的必然选择。研究表明,超燃冲压发动机产生的净推力十分有限,要想获得足够的净推力,就必须尽可能减小其阻力。作为超燃冲压发动机的重要组成部分,阻力的主要承载部件,进气道阻力特性的研究显得十分主要,其中钝化前缘、壁面冷却及表面粗糙度对阻力的影响就是本文的研究内容。 论文首先采用数值模拟的手段详细研究了钝化对单楔与双楔压缩面阻力特性的影响。接着以一典型二元高超声速进气道为研究对象,分别研究了进气道前缘钝化和唇缘钝化对进气道阻力特性的影响。然后,分析了在高超声速飞行中,进气道前缘与唇缘由于气动烧蚀,其钝化半径不断增大的情况下,进气道各阻力系数的变化规律。 其次,针对采用传统的外接圆钝化方案后高超声速进气道总压恢复系数,流量系数下降严重的问题,采用数值模拟手段,研究了几种非对称钝化方案对二元高超声速进气道气动性能的影响,比较了对称钝化与非对称钝化方案对进气道阻力特性的影响。研究表明,非对称钝化方案可有效提高进气道的总压恢复系数与流量系数,减小内部阻力系数,但前缘抗烧蚀能力略有下降。 然后采用理论分析与数值模拟相结合的方式详细研究了壁面冷却对高超声速进气道内部阻力的影响。首先讨论了随壁面温度变化,简单压缩楔面上各项阻力的变化规律。在此基础上,分析了壁面温度变化对二元高超声速进气道阻力特性的影响规律,给出了在来流马赫数6下,进气道摩擦阻力系数、压差阻力系数和内部阻力系数随壁温改变的变化规律。 最后,研究了壁面粗糙度对二元高超声速进气道内部阻力的影响规律。先用Fluent软件对存在壁面粗糙度的进气道阻力特性预测能力进行了考核。随后分析了在不同来流马赫数下,二元高超声速进气道内部阻力系数随壁面粗糙度的变化规律。研究发现,壁面粗糙度的变化对进气道摩擦阻力的影响较大,而压差阻力变化较小。


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