吸气式高超声速飞行器后体尾喷管化学非平衡流场数值分析

摘要

吸气式高超声速飞行器后体尾喷管是产生推力，升力，力矩的重要部件，后体尾喷管流动现象复杂，本文着重研究后体尾喷管内化学非平衡流场和非均匀进口流场对推力、升力、俯仰力矩等气动力性能参数的影响。首先对考虑化学非平衡影响的流场进行了数值模拟，在该部分采用氢氧七组元十三方程模型，分析了喷管冻结流动、喷管“补燃”现象以及温度和氧原子浓度对燃烧位置的影响，对比Stalker R.J的实验结果，得到了与之一致的计算结果，验证了所采用计算方法的可信度；在化学非平衡流场的分析基础上考虑喷管进口非均匀性的影响对后体尾喷管流场进行了进一步的数值模拟，非均匀进口流场设置原则遵守总动量守恒和各组元质量守恒，给出了各种非均匀入口下，流场参数分布和气动力系数变化规律，结果表明非均匀工况和均匀工况相比，造成了推力损失，计算结果表明推力损失的位置主要集中在喷管前一小段位置，喷管中后段压力分布基本一致；非均匀工况之间对比表明推力系数、升力系数随着燃料入口马赫数的变化呈现一定规律性，这对于控制推力损失有一定指导意义。

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注释表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2 国内外研究技术现状

1.3本文主要工作及创新点

第二章 燃烧机理及气体物理属性

2.1化学反应

2.2完全气体分类及一些参数

2.3 本章小结

第三章 燃烧流场数值模拟

3.1多组分燃烧气体控制方程

3.2湍流模型

3.3 基于结构网格下的控制方程有限体积法

3.4 本章小结

第四章 高超声速飞行器尾喷管的流场算例分析

4.1化学流动种类

4.2算例分析

4.3本章小结

第五章 非均匀入口来流下后体尾喷管化学非平衡流场分析

5.1初步非均匀条件

5.2几个重要参数在入口处的非均匀性

5.3改进的非均匀入口条件

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文主要结论

6.2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