摘要：乘波构型作为一种能突破升阻比屏障的高超声速气动构型,是宽域可重复使用飞行器的一种重要候选气动布局形式。改善乘波飞行器低速性能不佳问题并实现宽速域飞行,已成为当前研究的热点。由于乘波飞行器采用了先设计流场后构造外形的思路,基准流场会影响其性能。本文对基准流场求解方法进行分析对比,并介绍了组合式、变马赫数和涡升力类宽速域乘波飞行器的设计方法,比较了各类方法的优势和不足,最后从基准流场和设计方法两个角度对宽速域乘波飞行器的未来发展提出了一些建议。

摘要：为探究宽工况范围下螺旋槽再生冷却的传热特性,基于微小通道内低温工质的相变传热模型,采用一维传热计算方法,对5 kN级液氧甲烷变推力发动机开展了螺旋槽再生冷却传热特性研究。结果表明:本文所采用的传热计算模型可用于传热预估,与试验结果相比,冷却剂温升误差为4.3%,压降误差为1.1%,喉部处外壁温误差为-11%,在工程计算可接受范围内;相比于直槽,螺旋槽再生冷却能有效降低燃气侧壁温,同时,在宽范围变推力条件下,实际功率水平越低,冷却剂温升、压降越小,喉部燃气侧壁温越低,但“传热恶化区”内的壁温最大值反而越高,当发动机推力由额定工况的75%调整至20%时,燃气侧壁温的最大值由1 351 K增大至1 399 K;综合考虑壁面温度及冷却剂的压力损失,本文对冷却通道开展优化设计,对比四种冷却通道方案的传热性能,其中,方案4为最优方案,20%额定功率水平工况时,冷却剂温升为491 K,压降为0.34 MPa,燃气侧壁温最大值也仅为1 297 K,较初始设计方案降低了102 K,远低于材料的极限温度。

摘要：基于下颌式进气道将Bump/前体一体化设计方法应用于进气道设计,采用特征线法设计五种不同型面的前体,并采用数值仿真的方法,计算每种Bump/前体一体化进气道的自起动过程。研究表明:加入合适的Bump型面可极大提高进气道起动性能,将横向压力梯度集中在侧板附近的构型使进气道自起动马赫数降低了0.95。Bump/前体一体化对不起动状态下分离区形态进行三维重构,改变了分离区内横向溢流,从而改变了进气道起动能力。另外,通过对进气道起动过程的研究发现,进气道内形成封闭式分离区时,通常在高于设计马赫数时才能起动,进气道设计中应尽量避免这种状态的出现。

摘要：数值计算方法、物理模型和计算硬件的进步极大地促进了超燃冲压发动机仿真的发展,基于内外流一体化仿真的数值飞行技术已日渐成熟并逐步应用于工程实践,伴随燃烧、气动、结构、材料以及传热多物理场耦合模型和计算方法的发展,叠加多场计算的广义数值飞行技术有望近期得到突破.目前人工智能技术的快速发展,将赋能于数值飞行技术,“数智飞行”这一新的研究模式应运而生.一方面,数智飞行将利用人工智能突破传统数值飞行技术在网格生成与自适应、高保真物理模型、数据处理与知识挖掘等方面的发展瓶颈,全面提升数值飞行的精度、准度和效能;另一方面,数智飞行将突破传统发动机研发模式,通过构建智能化发动机数字孪生体,实现发动机在虚拟空间中的全弹道飞行考核,加快发动机设计迭代.此外,数字孪生体在试验中可与实体发动机同步运行,根据感知数据快速预测多物理场,实现对实体发动机工作状态的实时评估.为促进数智飞行技术的发展,未来需要重点针对数据驱动与物理约束的有机结合、智能化多物理场联合仿真平台、发动机数字孪生体构建等方面开展研究.

摘要：为了满足组合发动机模态转换的要求,连续稳定调节推进剂流量十分关键。为此,针对气体推进剂,在常规音速喷嘴的基础上设计了一种可调音速喷嘴。通过塞锥改变音速喷嘴的节流面积,进而实现流量的连续调节。采用两次包络线方法设计塞锥型面,使得可调音速喷嘴具有线性的流量特性。采用计算流体动力学数值仿真研究可调音速喷嘴的工作特性。仿真结果表明反压小于临界反压时,可调音速喷嘴流量不受反压影响。可调音速喷嘴保持临界状态的临界反压比随流量的减小呈增大的趋势。线性可调音速喷嘴的流量与塞锥位置有较好的线性关系,其流量系数高且几乎不受塞锥位置的影响。

摘要：针对飞行器高超声速飞行时严重的气动加热环境,设计一种层板对流冷却结构对翼前缘进行热防护.提出一种壁面冷却效率参数η,并运用流固耦合的分析方法,研究了对流冷却结构在特定条件下的冷却效果,其中采用水冷时头部冷却效率η值最低为0.25.研究表明,对流结构冷却效果与内部冷却槽道深宽比γ有重要关系,η值随γ的增大而增大至一个稳定值,此时冷却效果达到饱和,若此时γ继续增加则可能出现不利于冷却的现象.冷却效果η随着前缘头部半径的减小而减弱.研究还表明,当层板对流冷却结构和材料固定时,η值随冷却剂流量增加而增大,并逐渐趋近至一个稳定值,而冷却槽道进出口压差急剧增大.因此需要综合考虑提高流量给供给系统带来的压力,选取最佳流量值以达到相对较好的冷却效果.对于材料而言,内部冷却通道和外部耐热层都应选择导热系数较高的材料,能够强化结构传热增强冷却效果.

摘要：针对飞行器高超声速飞行时严重的气动加热环境,提出内嵌定向高导热层的疏导式热防护系统.运用数值方法分析了特定条件下内嵌定向高导热层的疏导式系统的防热效果,外壁面最高温度下降了9.1%,内壁面最高温度下降了31.5%,高温区和低温区都被封闭在外层区域,内层温度更加均匀,实现了热流由高温区向低温区的转移,削弱了高温区的热载荷,强化了整体结构的热防护能力.研究表明,随着气动热流密度比与辐射散热面积比的增大,疏导结构的冷却效果增强.本文还对疏导防热系统的结构参数和材料参数对冷却效果的影响进行了分析,为结构的设计和材料的选取提供一定的依据.

摘要：燃气发生器是超燃冲压发动机地面试验系统中的关键设备,为提高系统安全性和经济性设计了空气/煤油/水燃气发生器,在富燃状态下进行了一系列点火试验,试验结果表明:该型燃气发生器,实现可靠点火的余氧系数下限为0.51;水的加入使得化学反应速率和火焰传播速度降低,燃气发生器点火和火焰稳定困难,提高余氧系数可以提高点火可靠性。同时,水的加入容易引起燃烧不稳定,通过提高余氧系数来消除低频不稳定燃烧。

摘要：利用自行设计的氙灯点火燃烧试验装置,采用高分辨率高速成像系统,开展了单个镁颗粒在CO2气体氛围中的点火燃烧试验研究,直接观察到了镁颗粒点火燃烧过程中颗粒和火焰形态。试验结果表明,镁颗粒在CO2中的点火燃烧经历了颗粒熔化、表面化学反应、氧化层破裂、镁蒸气喷射、气相燃烧等物理化学过程,颗粒燃烧过程伴有脉动燃烧现象;环境压强对颗粒表面氧化层疏松度有一定影响,进而会影响到颗粒的点火温度,压强越大,颗粒点火温度越高;燃烧产物是中空的多孔球壳状物质,且外层为白色氧化镁,内层为黑色碳。

摘要：针对一种基于液体火箭发动机燃烧室结构的空气加热器,采用数值仿真技术研究了加热器内部喷雾燃烧、燃气掺混以及出口流场分布等参数。分析对比了采用酒精/液氧/空气与酒精/气氧/空气两种不同氧化剂物态三组元同轴直流式喷嘴所得到的燃烧流场的区别,并通过改变燃烧室特征长度,分析了两种计算工况的加热器的性能差异。结果表明,喷入氧化剂的物态对燃烧流场影响较大,采用液氧喷嘴的火焰较长,气氧喷嘴的火焰分布较宽,且相对于液氧喷嘴,气氧喷嘴的燃烧室前端回流区由于掺混较多的燃气,导致喷注面板附近燃气温度较高,面板承热压力较大。设计的加热器均可保证两种喷嘴的出口流场品质较高,在保证流场出口品质的原则上,气氧喷嘴的燃烧室特征长度可至少小于液氧喷嘴的1/4。