锯齿状壁面抑制入射激波影响下激波串振荡的抑制方法

摘要

本发明提供了一种锯齿状壁面抑制入射激波影响下激波串振荡的抑制方法，本发明利用连续分布的若干个微型斜劈将入射激波造成的大尺度逆压力梯度区分割成若干个逆压力梯度‑顺压力梯度子区间，通过微型斜劈在原有的逆压力梯度区构建多个顺压力梯度区，对激波串起到增加稳定性的效果。与单一斜劈、抽吸、射流等流动控制手段相比，可有效避免反压越过阈值后激波串的突然扩张；同时与主动控制方法相比，不需要外界能量的输入，结构简单对流场影响较小。

说明书

技术领域

本发明涉及高超声速进气道领域，尤其是一种隔离段激波串振荡的抑制方法。

背景技术

高超声速隔离段在超燃冲压发动机工作过程中起着重要的作用，当燃烧室反压过高时隔离段内会形成一些列激波系，即激波串。激波串可以通过改变其自身长度来匹配上游来流与下游燃烧反压，同时激波串的位置又与发动机的工作状态息息相关。当激波串位于隔离段入口时，发动机工作在较低的安全裕度下，来流的扰动或者下游燃烧的振荡会将激波串推出隔离段，进而干扰到进气道的压缩波系，造成发动机喘振甚至是不起动。因此，提高隔离段的抗反压能力或者抗扰动能力对超燃冲压发动机的稳定运行是非常重要的。

由于高超声速进气道前体一系列压缩波在隔离段内不断反射，使得隔离段内流场呈非均匀分布，尤其在近壁面附面层区域。由于激波-附面层干扰，隔离段内局部的附面层增厚甚至出现分离，进而导致其不能承受一定的逆压力梯度，当激波串运动至该区间时会出现与自激振荡不同的大幅振荡。这种大幅的振荡极易造成进气道的喘振、不起动或者是带来较大的冲击载荷。因此考虑入射激波影响下激波串振荡的抑制方法是十分重要的。

对于入射激波影响下激波串振荡的抑制，目前没有较好的方法和手段。采用抽吸、射流等流动控制手段，当反压超过阈值时，激波串会突然延伸至抽吸孔或射流孔的上游；若采用闭环控制反压的主动控制方法，由于发动机燃料供给系统的特性决定了其响应时间在秒量级，进而该方法无法对激波串较高频率的振荡进行有效的抑制。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种锯齿状壁面抑制入射激波影响下激波串振荡的抑制方法。本发明的目的是为了提供一种激波串振荡的抑制方法，为了在不引入外界能量输入的情况下，抑制入射激波影响下激波串的振荡幅值。本发明采用的锯齿状壁面本身结构简单，对流场影响较小，可在一定程度上增强隔离段的抗反压及抗干扰能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的详细步骤为：

步骤一：根据飞行包线确定高超声速进气道的来流条件，并以此来流条件对高超声速进气道/隔离段进行地面风洞试验；

步骤二：在风洞试验中，给定步骤一的来流条件，当来流静压恒定后，通过纹影观测获得激波-附面层干扰区间；

步骤三：调节高超声速隔离段出口截流面积比，改变出口不同的反压，并将激波串移动至激波-附面层干扰区内，通过纹影测量激波串的振荡幅值A1；

步骤四：在激波-附面层干扰区域内连续安置n个高度为h，长度为L的等腰三角形微型斜劈；

步骤五：再次开始试验，重新调节高超声速隔离段出口截流面积比改变出口不同的反压，将激波串移动至激波-附面层干扰区内，通过纹影测量比较激波串的振幅A2，并在其他工况下对适用性进行验证；如果激波串振幅A2小于A1，则高超声速隔离段激波串振荡抑制方法设计结束；若激波串的振幅A2不小于A1，则返回步骤四，重新确定参数n、h、L，直至A2小于A1。

本发明的有益效果在于利用连续分布的若干个微型斜劈将入射激波造成的大尺度逆压力梯度区分割成若干个逆压力梯度-顺压力梯度子区间。通过微型斜劈在原有的逆压力梯度区构建多个顺压力梯度区，对激波串起到增加稳定性的效果。与单一斜劈、抽吸、射流等流动控制手段相比，该方法可有效避免反压越过阈值后激波串的突然扩张；同时与主动控制方法相比，不需要外界能量的输入，结构简单对流场影响较小。

附图说明

图1是利用锯齿状壁面抑制入射激波影响下隔离段激波串振荡的设计流程图。

图2是高超声速隔离段内锯齿状壁面的结构图。

图3是高超声速隔离段内有/无锯齿状壁面情况下上壁面前缘激波振幅对比。

图4是高超声速隔离段内有/无锯齿状壁面情况下下壁面前缘激波振幅对比。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

按照图1给出的利用锯齿状壁面抑制入射激波影响下隔离段激波串振荡的设计流程图，在激波-附面层干扰区域内安置有图2给出的锯齿状壁面结构，从图3、图4中的对比可看出微型锯齿状结构设计可有效抑制入射激波影响下激波串的不稳定运动，增强隔离段的抗干扰能力并保证超燃冲压发动机的稳定运行。

本实施方式的方法步骤为：

步骤一：根据飞行包线确定高超声速进气道的来流条件，并以此作为来流条件对高超声速进气道/隔离段进行地面风洞试验；

步骤二：在风洞试验中，给定步骤一的来流条件，当气流稳定后通过纹影观测获得激波-附面层干扰区间；

步骤三：并通过调整高超声速隔离段出口堵块的面积，模拟高超声速进气道不同的出口反压，增加反压将激波串移动至激波-附面层干扰区内，通过纹影测量激波串的振荡幅值A1；

步骤四：在激波-附面层干扰区的邻域内连续安置n个高度为h，长度为L的等腰三角形微型斜劈；

步骤五：再次开始试验，重新调节高超声速隔离段出口截流面积比改变出口不同的反压，将激波串移动至激波-附面层干扰区内，通过纹影测量比较激波串的振幅A2，并在其他工况下对适用性进行验证；如果激波串振幅A2小于A1，则高超声速隔离段激波串振荡抑制方法设计结束；若激波串的振幅A2不小于A1，则返回步骤四，重新确定参数n、h、L，直至A2小于A1。