摘要：为研究动态反压下的激波串特性,针对一种带凹腔的二元进气道/隔离段构型,在马赫数为6的来流下模拟了堵塞比从0.20增长到0.32再保持不变的动态节流流动,分析了堵塞比增长时间(1~10 ms)对激波串运动的影响。结果表明:激波串在节流变化初期向下游运动,随后向上游运动并最终稳定在某一位置。当堵塞比增长时间在5 ms以内时,激波串向下游和向上游运动的幅度分别为3 mm以内和约18 mm,且激波串运动滞后于节流变化,滞后时间随着增长时间的延长而缩短。当增长时间大于等于6 ms时,激波串可向下游运动到凹腔中部,幅度可达31 mm,并伴随着流动振荡;向上游运动幅度仍约为18 mm,激波串运动与节流变化近似同步。分析表明:较短增长时间工况下,激波串运动滞后主要是因为节流引起反压升高、传播时间大于堵塞比增长时间;较长增长时间工况下,凹腔内流动振荡主要是堵塞比增长初期凹腔亚声速区排出流量增加,回流区横向尺度减小,导致凹腔超声速区膨胀并出现“壅塞”,产生分离激波与回流区相互作用、发生振荡。工程设计时应考虑激波串运动的滞后及其对流动性能的影响。

摘要：基于动网格方法数值模拟并分析来流马赫数为6,二元进气道/隔离段构型在频率为50~500 Hz周期节流下的激波串振荡流动。结果表明:当节流比在0.2~0.32范围内周期变化时,隔离段出现与节流频率相同的激波串振荡现象。节流频率会影响激波串振荡幅度和壁面压强波动特性。50 Hz与100 Hz工况的激波串流向振幅相近,100~500 Hz范围内随频率增加,流向振幅从15.5 mm减小至10.8 mm。壁面压强随频率的变化规律更加复杂,以凹腔中部为界,其上游壁面压强时均值、均方差峰值整体随频率增加而降低,其中50 Hz工况唇口侧壁面压强均方差峰值可达21倍来流静压,但其下游壁面压强无明显规律。分析表明节流频率对激波串振荡的影响与节流扰动的传播时间相关,工程设计中需综合考虑构型与反压参数对激波串振荡的影响。

摘要：为了模拟进气道喉道非均匀流场对超燃冲压发动机隔离段流动特性的影响,针对典型超燃冲压发动机隔离段入口流场的马赫数分布要求,设计了隔离段直连试验设备。该设备整个通道采用扩张构型,在附面层发展段的下壁面采用加圆形凸台的方法加速附面层发展,并针对该设备进行了数值模拟和冷流试验。结果表明,该直连试验设备不仅能准确模拟隔离段实际入口流场(即入射激波和非对称附面层),模拟的主流区马赫数与目标值差值在0.02以内,还解决了传统的直连试验设备存在的启动问题。试验与数值模拟结果吻合较好,验证了该直连试验设备设计方法的可行性。

摘要：为了探究双气路内并联进气系统固定马赫数下模态转换过程中的分流板调节策略,利用数值计算与地面试验验证相结合的方法,研究了Ma3.5条件下双气路进气系统在典型分流板位置的流场干涉机制,获得了不同出口反压条件下双气路进气系统的总体性能和流场变化规律。研究结果表明:分流板高度调节影响高低速气路的总体性能,为避免高低速气路之间的流动干扰,引起流量剧烈变化,模态转换过程中提供推力气路的正激波应不被推出分流板前缘;数值预测的密度梯度与试验纹影预测的波系结构高度吻合,数值计算结果表明高低速气路出口反压比变化直接影响分流板附近高低速气路的波系结构,二元喉道段的流场具有明显的三维分布特征;采用抽吸孔和泄流缝的流场控制措施有效提高进气系统的起动性能,分流板相对高度0.702条件下进气系统抗出口反压比能力从28提升到32;采用双S弯扩压器设计,低速气路临界反压比条件下的出口平均马赫数和总压畸变度控制在0.3和0.09以下。

摘要：为获得受限空间内激波作用下的超声速混合层生长规律,以支板喷射超燃冲压发动机典型流道为研究对象,开展了2.3Ma氢气射流与2.0Ma空气来流所形成的超声速混合层的生长特性研究.基于OpenFOAM计算平台,采用大涡模拟方法,数值研究了超声速混合层的流场结构和特征,流场结构和组分分布与实验结果吻合较好.通过超声速混合层组分浓度、厚度、可压缩效应及总压损失的分析,获得了超声速混合层的生长特性.研究结果表明:受限空间内超声速混合层的生长过程具有4个典型阶段,支板末端的膨胀波/激波结构会显著减低对流马赫数,从而降低混合层的可压缩性,促进混合层的生长;激波与混合层的相互作用能够增强局部湍流强度,获得涡量增益,加快混合层的生长速率,促进混合效率,但同时会引起较大的总压损失,降低发动机性能.发动机设计时要综合考虑波系结构与混合层相互作用带来的混合增强和总压损失,实现性能优化.

摘要：为了研究亚燃冲压发动机在高超声速条件下工作的性能,采用总体性能计算方法和流体力学仿真对基于突扩燃烧的高马赫数亚燃冲压发动机内流通道进行匹配设计研究,得到了其速度特性和调节特性.结果表明,设计出的亚燃冲压发动机在高超声速范围内性能良好,能够正常工作.在接力点处,马赫数Ma=3.5,高度H=12 km,得到最大推力系数为0.649,此时比冲为13 801.2 N·s/kg;在巡航点处,Ma=5.0,H=21 km,发动机余气系数α=1.8时,得到推力系数为0.370,此时最大比冲为12 574.0 N·s/kg.研究认为,最大飞行马赫数为5～6的高超声速冲压发动机采用亚燃是可行的.

摘要：气动外形设计是有翼再入飞行器(RV-W)的关键技术之一。分析了气动参数对再入飞行性能的影响,探讨了有翼再入飞行器气动外形设计的规律和准则。基于上述设计准则,以类X-37B飞行器为研究对象,集成几何参数化建模、气动力、气动热、热防护等学科快速分析方法,采用多学科设计优化方法,以最优气动特性为目标对飞行器气动外形进行了优化;得到优化气动外形后,对飞行器热防护系统(TPS)进行了轻量化设计优化。结果表明,优化外形的气动特性相比初始外形得到了较大的提升,设计优化得到的热防护系统重量占比(8.7%)优于同类飞行器的热防护系统重量占比统计数据,说明了本文有翼再入飞行器气动外形集成设计优化方法的有效性,可为同类飞行器提供参考。

摘要：为了改善内转式进气道的性能,采用数值仿真的方法研究了内转式进气道的流动特征及流场控制技术。研究表明:在近壁面唇罩激波诱发了二次流,进而发展形成流向涡,造成低能流堆积,流场分布不均,消弱了进气道的抗反压能力。采用型面流场控制技术,重构进气道肩部压力与边界层分布,能够有效抑制流向涡的强度,减小流动损失,改善隔离段出口流场均匀度,提高其抗反压能力。与原方案相比,在设计状态流场控制方案隔离段出口总压恢复系数提高20%;最大抗反压能力提高28.4%;总阻力增大9.0%,进气道自起动马赫数由原方案4.2下降到该方案3.8。

摘要：针对超燃冲压发动机燃烧室内燃料/空气掺混特性,设计了一套以acetone-PLIF(planar laser-induced fluorescence)为技术手段的流动显示测量系统,得到了4种不同结构交错楔形支板在不同特征截面处的丙酮荧光图像,研究了喷嘴位置和尾缘角这两个变量对燃料/空气掺混效果的影响。结果表明:"基准"支板NL1的流场结构主体上表现为横向"S"形曲线,燃料/空气的掺混效果相对普通;NL2支板虽然增大了一些丙酮的扩散范围,但有荧光信号的掺混区域面积却反而有所下降;而引入扩张型尾缘角变量的EL1支板则是大幅改善了燃料/空气的掺混效果,54 mm截面的丙酮分子充满了较大片区域,掺混区域超过截面的1/2。

摘要：飞行器设计早期阶段需要预测大量工况下的动导数。本文发展了一种面向超/高超声速飞行器的动导数极快速预测方法:首先基于当地流活塞理论,将飞行器进行小幅非定常运动所受到的气动力分为受自由来流引起的无附加扰动项以及受物面变形或运动引起的附加扰动项;通过当地表面斜度法、激波后等熵关系求解物面当地流动参数,进而结合非定常运动规律求出飞行器所受非定常气动力;再采用待定系数法对非定常气动力进行提取、辨识,最终得到超/高超声速飞行器动导数。该方法克服了传统方法对CFD流场参数的依赖和耦合,具有极高的计算效率;同时典型算例验证表明,该方法在超声速、高超声速工况下都能够很好预测动导数变化趋势。将该方法应用于复杂外形飞行器动导数预测,并讨论了与CFD方法的误差来源。本文方法可作为高速飞行器总体设计阶段布局选型的工具。