基于自动鼓包的进气道内激波/边界层干扰控制研究

摘要

在超声速以及高超声速进气道中,往往存在严重的激波/边界层干扰现象。因此,本文提出了一种基于记忆合金的自动调节鼓包抑制边界层分离的概念:当进气道在高马赫数工作时,利用记忆合金的变形功能,在激波入射点附近自动引入曲面鼓包,抑制由激波入射导致的边界层分离,提高进气道工作性能;而在较低马赫数状态下,记忆合金板则自动切换至平坦状态,以避免通道堵塞,便于进气道起动。仿真结果表明:自动调节鼓包主要通过迎风侧的预增压作用,外凸段膨胀波束对反射激波的削弱作用,以及膨胀波束对边界层气流的加速作用来对激波/边界层干扰现象进行抑制;当激波作用点位于鼓包背风侧膨胀波产生区域附近时,鼓包对边界层分离的抑制效果较好,并且在合适的范围内增大鼓包高度可增加其对边界层分离包的抑制效果,但是过高的鼓包高度会使其诱导的压缩和膨胀波系变强,反而对性能不利;对于鼓包迎风侧型线在设计时应在鼓包迎风侧的内凹段曲率较小,同时在膨胀波束产生面上,其最大曲率点应尽量与激波入射点靠拢,而对于背风侧型线的设计则应选择相近的外凸段和内凹段曲率较为合适。