IMECH-IR  > 高温气体动力学国家重点实验室
高超声速进气道再起动特性研究
Alternative TitleInvestigation on the Restarting Characteristics of Hypersonic Inlets
徐骁
Thesis Advisor岳连捷
2015
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Subtype硕士
Degree Discipline流体力学
Abstract高超声速进气道作为超燃冲压发动机的关键部件之一,其起动特性直接决定发动机能否正常工作。最早Kantrowitz基于进气道准定常起动的假设,提出了预测进气道自起动极限的Kantrowitz关系式,然而实际进气道自起动过程中涉及复杂的激波/边界层相互作用、非定常效应,Kantrowitz极限在很多情况下并不适用。本文针对经典的Kantrowitz理论对预测进气道起动性能的局限性,分别研究了进气道准定常自起动规律和非定常效应的影响。 本文首先基于激波风洞的电弧破膜进气道起动实验方法,对影响高超声速进气道起动特性的一系列因素进行了实验研究,揭示了唇口激波强度、唇口边界层厚度、唇口高度以及构型等因素对进气道起动特性的影响,获得了进气道不起动/再起动过程中的流动纹影图像。实验结果表明,唇口激波强度是决定进气道起动能力的关键因素,进气道起动性能随着唇口激波强度增强而降低,且存在一个敏感区域。在敏感区域内,进气道起动性能会随着唇口激波强度增加而急剧下降;唇口边界层厚度对进气道起动性能有着复杂的作用,在唇口处边界层为层流时,边界层厚度对进气道起动性能影响不大;而当唇口处边界层转捩为湍流时,进气道起动性能略微提高。而且,唇口边界层厚度会显著改变进气道在破膜前非定常激波的形态,随着唇口边界层厚度的减小,进气道不起动的非定常激波由斜激波向正激波转变,进气道的自起动极限收缩比不断趋近于Kantrowitz极限。唇口高度对进气道起动性能影响不大,但较小的唇口高度下会导致进气道再起动过程出现临界流态而使极限收缩比降低。而进气道构型的影响主要体现在隔离段处膨胀波的作用位置不同,其在较弱唇口激波条件下,对二元进气道及简化进气道影响不大,而在较强唇口激波强度下,二元进气道起动性能相对于简化进气道会有一定程度的提高。 其次,本文数值研究了破膜非定常效应对二元进气道起动特性的影响,揭示了非定常激波与边界层相互作用的流动结构及喉道分离泡的形成机制,归纳了破膜位置、角度等相关因素对进气道起动性能的影响规律,提出了最优的破膜方式。数值结果表明,帽罩破膜前上游流态会显著影响进气道起动能力,当帽罩上游不存在分离泡时,破膜非定常激波与边界层复杂作用形成沿壁面的低速流,并在唇口激波作用下在喉道形成分离泡;当帽罩上游出现大分离泡时,分离泡会先演变为低速流,之后在唇口激波作用下重新聚集形成大尺度分离,进气道临界起动内压比显著降低。而帽罩存在水平封口段会进一步增强破膜非定常效应,有助于提高进气道起动能力。研究发现,帽罩安装位置和角度存在一个最优值,当帽罩安装于不诱发边界层分离状态且距离唇口最近的位置时,进气道的起动性能最佳。 上述对进气道自起动过程和影响因素的研究成果,深入认识了进气道自起动的非定常过程、流态,得到了激波强度、唇口边界层厚度、非定常效应等主要因素对进气道起动能力的作用规律,为高超声速进气道设计提供了理论支撑,奠定了基础。
Call Number31261
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55103
Collection高温气体动力学国家重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
徐骁. 高超声速进气道再起动特性研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.
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