摘要：发展了最小波阻锥导乘波体和三维内转式进气道的一体化乘波体进气道设计新方法,给出了一个设计实例,评估了新型一体化前体进气道在典型状态下的流场结构和性能,验证了设计方法的正确性。文中首先介绍并验证了基于最小阻力理论或其他优化方法的最小波阻锥导乘波体的设计方法,然后介绍了内锥基准流场的设计过程,进一步介绍了流线追踪三维内转式进气道同最小波阻锥导乘波体的一体化设计方法,并对一体化构型在设计状态下的流场结构和流动参数进行了分析评估,结果符合预期。最后评估了新型一体化前体进气道在非设计条件下的性能,结果显示其具有较高的压缩进气效率。这种新型最小波阻锥导乘波体和三维内转式进气道的一体化设计技术,丰富了吸气式高超飞行器的一体化布局方案,可为后续吸气式高超飞行器一体化布局提供设计方法支撑。

摘要：针对超声速来流湍流度对转捩影响的风洞试验数据缺乏的现状,开展了马赫数3条件下不同来流湍流度对平板模型边界层转捩影响的试验研究。在中国空气动力研究与发展中心0.3 m×0.3 m跨超声速风洞(FL–24y)内,通过改变风洞稳定段内的稳流参数,实现了来流湍流度在0.82%~1.63%范围内变化。利用干涉瑞利散射技术测量来流湍流度,利用红外热图技术测量平板模型表面温度分布,得到了来流湍流度对转捩起始和结束位置影响的试验数据。根据试验来流条件,采用γ–Re_(θ)转捩模型对平板模型边界层转捩进行数值计算,并将计算结果与风洞试验数据进行对比。结果表明:平板模型转捩试验测量结果和数值计算结果符合较好,2种方法得到的转捩起始位置相对误差小于2%,转捩结束位置相对误差小于5%。本文试验结果可以为研究超声速来流湍流度对边界层转捩的影响规律提供数据支撑。

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：更大尺度风洞和试验模型以及更长射流的流场测量,对流场显示的视场尺度提出了更高要求。设计和验证两种基于发散光反射式布局的大视场显示方法,分别为反射式聚焦纹影方法和反射式阴影方法。通过改进源格栅和光源,在实验室搭建了一套反射式聚焦纹影显示装置,获得了直径约1.5 m的视场结果。视场均匀性和试验条件下的最短曝光时间表明该方法可用于大型风洞及其他场合的大视场显示。同时,为解决试验现场振动较强的测量问题,搭建了发散光反射式阴影显示装置,获得了约2.5 m长度的燃烧射流流场显示结果。最后根据发散光反射式流场显示方法的特点,开展了其在大型风洞布局的适用性评估,结果表明:该方法完全适用于大型风洞的大视场显示。

摘要：尾喷流对升力体高超声速飞行器的气动特性影响显著,风洞喷流模拟测力试验是研究升力体飞行器尾喷流干扰效应的重要手段。在尾喷流模拟气动力试验中,选取恰当的喷流模拟参数,以及克服喷流供气管路对天平测力的干扰以提高测量精准度,是需要解决的关键技术。在CARDC的Ф1米高超声速风洞中,研究了采用冷喷流模拟、飞行器整体模型测力的升力体飞行器尾喷流模拟测力试验方法。通过优化模型结构设计、选用小干扰的喷管分断缝隙密封措施,解决了带尾喷流模拟条件下的升力体飞行器气动力精确测量问题,提高了带喷流气动力试验数据精度,接近常规气动力试验的水平。

摘要：针对双旁侧无隔道超声速进气道中S弯流道内部流向涡产生的大畸变问题,提出了参数化设计技术,并基于典型飞机前体设计进气道构型,利用Liutex涡识别技术分析S弯流道内部的流动机理,并探索提升进气道出口流场品质的设计技术。研究结果表明:Liutex涡识别理论在进气道流场中能够有效识别流向涡的大小和强度;为抑制流向涡的产生和发展,降低出口畸变,进气道入口处上唇口一侧流道应采用较小的曲率,下唇口一侧则需要增大曲率;S弯流道末端应增大扭曲程度以将流向涡推至进气道出口中间区域。本文研究可有效抑制无隔道超声速进气道出口畸变,为控制S弯流道内部流向涡结构探索新型设计方法。

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：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：针对于传统的航空发动机燃烧室设计过程计算周期长,加工和试验成本高,制约发动机设计周期的问题,基于航空发动机燃烧室模型,结合POD-PCE-Kriging(本征正交分解-多项式混沌展开-Kriging)模型和粒子群优化(PSO)算法开展了燃烧性能代理模型的构建和多目标优化设计。通过试验,应用POD-PCE-Kriging模型预测结果与一维程序计算结果进行对比分析,针对于燃烧效率和总压损失预测值的方均根误差分别为0.006 3%和0.122 7%。对设计变量参数开展寻优,并对获取的Pareto最优解集进行了分析,为满足性能指标的先进航空发动机燃烧室设计提供了物理见解,可以快速准确获得满足最优性能的设计参数,缩短航空发动机的研制周期。

摘要：以甲烷为冷却剂的预冷型涡轮基组合发动机以其较高的冷却性能和密度比冲等优点,成为未来宽速域飞行器动力装备问题的重要研究方向。针对该型发动机的核心部件——预冷器,建立理论计算模型对其综合性能进行了评估,并提出了一种熵函数分析法,对预冷器与压气机工作参数匹配特性开展理论分析。计算结果表明,所提出的预冷器方案换热有效度在0.5~0.72,功重比达到250kW/kg;甲烷预冷措施能将涡轮发动机工作速域扩展至Ma=3.1,此状态来流空气最高被冷却180K。对预冷器和压气机整体结构,“单位比热的比熵”与冷却剂当量比和压气机压比均成正相关。压气机能在根据材料耐高温极限设计的预冷器/压气机共同工作线上获得最高压比,但需消耗大量冷却剂,导致发动机比冲和热循环效率降低;冷却剂当量比始终控制在1.0左右的工作线能获得较高比冲、压比和热循环效率,同时消耗的功率和冷却剂均较低;保持较低熵增设计的工作线有较高热循环效率和较低功耗,但压比偏低,发动机难以提供较高输出功率。