超声速进气道扩张段内伪激波特性及初步性能预测研究

摘要

伪激波的流场结构和气动特性对超声速进气道扩张段的气动性能和出口流场品质具有重要影响。本文利用数值仿真方法系统地研究了不同反压、不同几何构型以及不同入口来流参数下超声速进气道扩张段内的伪激波特性，并对超声速进气道真实入流条件下扩张段内的伪激波气动性能进行了初步预测。
　　首先，对扩张段出口压力增加过程的流场进行了定常及非定常仿真，得到了扩张段内伪激波的反压特性。结果表明：背景激波反射点处的激波/边界层干扰与伪激波前缘局部流场相互作用会造成伪激波在此处出现局部高频振荡现象，这种非线性变化现象会影响进气道与发动机的匹配控制规律。
　　然后，设计了不同几何设计参数的一系列扩张段气动型面，利用数值仿真研究了扩张段长度、扩张比和中心线偏距等几何设计参数以及入口质量平均马赫数对扩张段内伪激波特性的影响规律。结果显示：在研究范围内，扩张段长度和扩张比对扩张段内伪激波性能影响较大，偏距影响很小；来流马赫数越高，扩张段内伪激波中的激波串长度越长，并且临界状态下伪激波起始位置越靠下游。本文还根据仿真数据给出了表征最佳扩张比的简单线性拟合公式。
　　最后，利用质量平均模型和DOE全因子实验设计方法对超声速进气道真实入流条件下扩张段内的伪激波气动性能开展了初步预测。通过对比分析表明，质量平均模型无法适用于长度不足以包含激波串且存在扩张比的扩张段内的伪激波性能参数预测；DOE全因子实验设计方法则能够获得相对满意的预测精度，总体上能够满足超声速进气道工程设计领域快速估算的精度需求。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究工作

第二章 扩张段内伪激波的反压特性

2.1 引言

2.2 超声速进气道设计

2.3 数值仿真方法及计算网格

2.4 伪激波反压特性的定常与非定常仿真

2.5 小结

第三章 扩张段型面参数对扩张段出口性能的影响

3.1 引言

3.2 扩张段型面参数研究范围

3.3 不同扩张段型面参数扩张段出口性能影响分析

3.4小结

第四章 扩张段内伪激波特性的初步预测研究

4.1 引言

4.2 基于质量平均模型的扩张段伪激波特性预测

4.3 基于DOE全因子实验设计的扩张段伪激波特性预测

4.4 小结

第五章 总结与展望

5.1 主要结论

5.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录一 zone-2~24的各性能参数预测方程

附录二 zone-2~24的各校核状态点预测误差水平