高超声速可调进气道密封腔流动特性研究

作     者：夏枫 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙波;陈媛媛

授予年度：2023年

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：变几何进气道 密封腔 数值模拟 泄漏率 三维非对称空腔流动 

摘      要：使用可调进气道满足高超声速飞行器的宽速域进气需求时,进气道内部需要安装动密封结构,保证进气道调节顺畅的同时,起到限流和隔热的作用。使用陶瓷晶片作为密封件对可调进气道进行密封后,密封室内会形成受侧板边界层影响的三维空腔流动,由于密封泄漏通道位于空腔流动的下方,因此泄漏规律受到上游空腔流动的影响。本文以密封腔模型为基础,通过数值模拟方法对密封腔流动进行研究,主要内容包括: (1)验证密封泄漏研究方法的正确性,通过对比密封腔以及密封泄漏一体化模型的流场计算结果验证密封腔流动和泄漏通道流动解耦研究的合理性,同时分别将空腔流动以及泄漏率的仿真结果与试验数据对比验证了密封腔流动计算方法以及泄漏预测模型的准确性。 (2)研究来流边界层厚度、来流静压和来流马赫数对密封腔内流动特性的影响以及密封室内的流动结构,总结相应的泄漏规律后,对泄漏预测模型进行修正。结果表明在开式空腔构型下,来流条件对密封腔内流动特性的影响表现出一定的规律性,修正后的泄漏预测模型能够较为准确的对泄漏率做出预测。 (3)考虑在实际应用中可能出现的长密封需求,选择一般意义上的过渡式空腔构型(L:W:D=36:1:3)进行研究,并通过改变来流边界层厚度和来流马赫数,研究这两个来流因素对长密封腔流动特性的影响。结果表明长密封腔内的流动特性对来流条件变化非常敏感,不同条件下的密封腔内流动结构存在很大差异,泄漏通道入口压力分布的区别较大。因此难以通过泄漏公式对该构型下的泄漏率做出准确预测。 (4)通过对外通道设置三组不同的反压条件并和通流状况相对比,研究了进气道结尾激波系对密封腔流动特性以及泄漏规律的影响。结果表明当反压处于一个较低的范围内,使得密封腔附近不足以形成激波系时,密封腔内流动基本没有变化,相应的泄漏率也与通流状态一致。而当反压增加至足以使密封腔周围或上游形成激波系后,密封腔内的循环流动将不局限于密封腔内部,并向外通道发展,此时腔内流动结构随反压变化较为明显,密封泄漏率随反压升高而增加。