采用数值仿真方法对某无人机S弯进气道内流场结构进行了分析,对出口截面流场特征及出口参数进行了研究。利用三维数值仿真方法,对几何参数对S弯进气道气动特性的影响进行了对比,其中包括S弯偏移距离和S弯进气道长度的影响。研究结果表明:S弯进气道内部存在典型的横向涡结构。S弯长度的增加会显著降低涡结构区域及分离区域,改善流场结构,同时提升出口总压恢复系数,控制出口畸变。

从TBCC推进系统总体性能需求出发,给出了TBCC进气道捕获面积以及模态转换马赫数确定过程。在此基础上开展基于平动式模态转换装置的马赫数0～4内并联TBCC进气道气动方案设计,给出了进气道单自由度几何调节机构方案及其几何调节规律。通过对涡轮通道典型几何参数的规律化研究,结果表明:方转圆段几何长度、中心点ym值以及面积变化规律对进气道出口总压恢复系数及马赫数影响较小,对进气道出口流场的均匀度影响较大;就研究的进气道而言,选取方转圆段几何长度为3m,中心控制点ym=1.5,沿程截面面积变化规律为"先急后缓"的设计较为适宜;Ma=4.0时,设计的TBCC变几何进气道总压恢复系数为0.45,Ma=2.2时,总压恢复系数和畸变分别为0.79和0.15。

为探究壁面粗糙度对于高超声速进气道气动性能的影响,采用经过校验的数值仿真和理论分析相结合的方法进行研究。结果显示:同一飞行马赫数下,随着壁面粗糙度的增加,进气道的流量系数、总压恢复系数和出口马赫数逐渐降低,而静压比、压差阻力系数、摩擦阻力系数以及起动马赫数则逐渐增大;不同飞行马赫数/不同钝化半径下,进气道性能参数随壁面粗糙度的变化规律相似,均表现出较好的拟合规律,据此获得的拟合公式及光滑壁面进气道的气动性能可预估不同壁面粗糙度下进气道的气动性能;就本文研究的进气道而言,当壁面相对粗糙度从0增加至0.625%时,进气道起动马赫数从4.25增加至4.85。壁面粗糙度增加,导致进气道沿程附面层增厚是进气道气动性能参数出现上述变化规律的主要原因。

采用基于雷诺时均方程的数值模拟方法,对一种Ma=4级的轴对称超声速变几何进气道气动方案设计及其性能分析开展了研究。首先,基于总体设计约束,构建了进气道3种外压缩气动方案、5种内压缩设计方案、多种不同的扩压器设计方案,对其不同来流马赫数下的气动性能进行了数值模拟对比分析,给出了典型几何设计参数对该类超声速轴对称进气道气动性能的影响规律;据此,获得了一种三级锥外压缩、扩压段面积与中心线变化规律前后缓急相当的唇罩可动式轴对称超声速可调进气道气动设计方案及其几何调节规律。其次,对所设计的可调进气道开展了气动性能分析研究,数值模拟的结果显示在不同的马赫数状态下,该可调进气道的捕获流量满足预期设计需求,Ma=2和Ma=4时,进气道出口的总压恢复系数分别为0.82和0.45。

对一种Ma=0～7的二元外并联式TBCC变几何进气道设计开展了研究,给出了进气道总体设计思路、气动型面设计过程、变几何调节规律以及流场控制方案。初步数值仿真结果表明,该进气道满足预期的流量捕获需求,高速通道Ma=4和Ma=7时的喉道总压恢复系数分别为0.62和0.45,低速通道Ma=2.3和Ma=4时的喉道总压恢复系数分别为0.97和0.73;该变几何进气道在模态转换过程可以正常工作,没有明显的流动分离出现;由于侧板溢流,三维计算结果下的总压恢复系数与流量系数略低于二维计算结果。对三维外并联TBCC变几何进气道开展了涡轮通道扩压段设计及数值仿真研究,给出了三维模型的气动特性及涡轮通道的反压特性。

在强几何约束条件下,对一种Ma=0~6.0的小长高比组合发动机喷管气动设计开展了初步研究。采用特征线法设计程序开展了喷管型线设计,并对设计点马赫数选取、三维侧向膨胀角、喷管双通道相对位置对喷管气动性能的影响开展了研究,给出了兼顾空间有效利用与喷管气动性能的喷管气动设计方案。数值模拟结果显示:降低设计点马赫数可以改善组合发动机喷管在低马赫数飞行时的性能,避免喷管出现严重过膨胀;喷管保持出口高度不变时,随着侧向膨胀角的增大,其高马赫数气动性能较优,而低马赫数气动性能下降严重。涡轮/冲压发动机喷管出口相对位置对并联布局组合发动机喷管转级点气动性能影响较大,且存在一个最佳位置布局,使得转级点达到最优的推力性能。获得的组合发动机喷管在设计马赫数下的推力系数约为0.920,模态转换过程流场平稳过渡,推力系...

对一种组合发动机进气道模态转换设计马赫数下的流动进行了数值模拟,研究了涡轮通道不同区域抽吸对进气道气动性能的影响,对比了外压段不同区域及内压段不同区域抽吸对进气道性能的影响,通过设计不同抽吸方案对比了外压段抽吸及内压段抽吸对进气道气动性能的影响,根据分析结果确定了以外压段为主,内压段为辅的抽吸思路,并选取不同组合方式对比,确定了最优的抽吸方案,以此方案为基础研究了模态转换过程中抽吸对进气道的影响规律。结果表明:在进气道外压段、内压段单独抽吸均可不同程度地改善进气道的起动性能;内、外压区域同时抽吸,随抽吸流量率减小,总压恢复与流量系数乘积增大;涡轮通道抽吸对改善进气道模态转换结束状态起动性能的帮助不大。