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反压对超燃冲压发动机隔离段内流场的影响

空军工程大学学报（自然科学版） 2009年第4期10卷 20-23,42页

作者：冯锦虎高峰刘华李敏剑空军工程大学导弹学院陕西三原713800

结合燃烧室工作稳定性的问题,采用FLUENT6.2软件对轴对称等截面隔离段的内流场进行了数值模拟,分析了当来流马赫数Ma=2时通过改变反压条件来研究其对不同长高比等截面隔离段激波串起始位置、结构以及性能的影响。结果表明:反压对隔离段... 详细信息

结合燃烧室工作稳定性的问题,采用FLUENT6.2软件对轴对称等截面隔离段的内流场进行了数值模拟,分析了当来流马赫数Ma=2时通过改变反压条件来研究其对不同长高比等截面隔离段激波串起始位置、结构以及性能的影响。结果表明:反压对隔离段内的激波串具有"前传"模式,促使激波串结构复杂和隔离段出口畸变度降低;隔离段长高比对反压与激波串的起始位置之间的关系有非常大的影响,当长高比不是非常大(5

关键词：超燃冲压发动机隔离段数值模拟反压激波串

雷诺数对超燃冲压发动机隔离段内激波串的影响

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机械设计与制造 2010年第4期 102-104页

作者：冯锦虎高峰空军工程大学导弹学院三原713800

雷诺数是超燃冲压发动机隔离段内激波串的重要影响因素之一。采用数值模拟的方法对不同来流雷诺数条件下的二维隔离段内流场特征进行计算,分析了来流雷诺数对隔离段内激波串起始位置和结构的影响。结果表明:在高马赫数来流时,雷诺数对... 详细信息

雷诺数是超燃冲压发动机隔离段内激波串的重要影响因素之一。采用数值模拟的方法对不同来流雷诺数条件下的二维隔离段内流场特征进行计算,分析了来流雷诺数对隔离段内激波串起始位置和结构的影响。结果表明:在高马赫数来流时,雷诺数对激波串有一定的影响,但不明显;在适当马赫数(Ma=1.8-2)时,激波串起始位置与雷诺数呈线性关系;在低马赫数来流时,雷诺数对激波串的影响消失。

关键词：超燃冲压发动机+ 隔离段激波串+ 雷诺数数值模拟

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复杂入口条件下隔离段流动特性研究

复杂入口条件下隔离段流动特性研究

作者：曹海峰南京航空航天大学

学位级别：硕士

超燃冲压发动机隔离段在实际工作情况下,隔离段入口存在前方进气道内压段入射斜激波和肩部膨胀波束的干扰。然而,现有的大部分激波串理论是建立在隔离段均匀入口条件之上,所获得的结果偏离了超燃冲压发动机的真实情况。本文对复杂入口... 详细信息

超燃冲压发动机隔离段在实际工作情况下,隔离段入口存在前方进气道内压段入射斜激波和肩部膨胀波束的干扰。然而,现有的大部分激波串理论是建立在隔离段均匀入口条件之上,所获得的结果偏离了超燃冲压发动机的真实情况。本文对复杂入口条件下的隔离段内激波串特性进行了数值模拟研究。首先,在相同隔离段入口参数的条件下,对比分析了复杂入口条件隔离段简化模型、均匀来流隔离段模型隔离段性能,研究结果表明:相比均匀来流模型隔离段,复杂入口条件隔离段总压恢复系数、极限反压分别下降了5.23%、14.52%。另外,对上述两隔离段模型进行Waltrup公式适用性分析,结果表明Waltrup公式能够较为准确预测均匀来流隔离段激波串长度,而复杂入口条件模型计算数据点大部分位于Waltrup曲线右方,计算获得的激波串长度偏小,适用性不佳。其次,开展了唇口激波强度、内压段长度对隔离段特性参数影响的分析。研究结果表明:Ma4工况下,激波串长度与唇口激波强度成反比,唇口激波强度增加,激波串长度以线性规律减小,Ma6工况下,在较高的出口反压下,唇口激波强度增加,激波串长度以曲线规律下降,较低出口反压下,激波串长度变化规律与Ma4工况下相同。隔离段极限反压随唇口激波强度增加而增加,但其影响能力逐步下降。对于Ma4、Ma6工况,改变唇口激波强度,极限反压最大增幅分别为:13.3%、12.5%。对于同一唇口初始角隔离段模型,内压段长度增加,隔离段极限反压呈现先增加后减小的变化规律,存在最佳内压段长度使隔离段抗反压能力最强。最后,开展了内压段内收缩比对隔离段特性的影响分析,内收缩比对隔离段影响的本质是唇口激波及内压段长度两因素耦合对隔离段的影响,研究发现,当内收缩比固定,唇口初始角增加,内压段长度随之增加,隔离段极限反压及总压恢复系数均呈现先增大后减小的变化规律,即对固定内收缩比,存在最佳唇口激波强度及内压段长度使隔离段性能最佳。对应内收缩比分别为1.887、2.041、2.222、2.439的复杂入口条件隔离段模型,极限反压最大增幅可达18.96%、16.95%、20.69%、21.43%。

关键词：隔离段复杂入口条件唇口激波内压段长度内收缩比

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非常规隔离段流场特征与气动性能的数值研究

非常规隔离段流场特征与气动性能的数值研究

作者：王卫星南京航空航天大学

学位级别：硕士

隔离段是高超声速推进系统关键的气动部件之一,其性能影响着推进系统的稳定工作裕度。隔离段截面形状、隔离段长度与当量直径比是影响隔离段性能的两个主要因素,本文在长度与当量直径比相同的前提下,对三种不同截面类型的隔离段(椭圆形... 详细信息

隔离段是高超声速推进系统关键的气动部件之一,其性能影响着推进系统的稳定工作裕度。隔离段截面形状、隔离段长度与当量直径比是影响隔离段性能的两个主要因素,本文在长度与当量直径比相同的前提下,对三种不同截面类型的隔离段(椭圆形隔离段、方转椭圆隔离段和矩形隔离段)进行了三维数值仿真。分析了不同截面形状下隔离段的流场特征,总结了截面形状变化对隔离段性能影响的规律,给出了不同来流条件下隔离段出口参数的变化趋势,可以为今后非常规隔离段的设计提供参考。首先分析了隔离段截面形状对其内部流场特征的影响。研究发现,不同截面形状的隔离段,其流场特征和激波串结构不同,进而影响其抗反压能力。结果表明,在均匀来流条件下,当来流马赫数小于2时,流场和激波串结构基本对称;当来流马赫数大于2时,流场和激波串结构出现不对称,此时激波串不再关于隔离段几何中线对称,随着来流马赫数增大,这种不对称现象加剧。其次研究了隔离段截面形状对其气动性能的影响。对比分析发现,椭圆形隔离段抗反压能力较强,方转椭圆隔离段次之,矩形隔离段最弱。其中椭圆形隔离段的抗反压能力随着长短半轴比减小逐渐增强,当长短半轴比为1时(即圆形),隔离段的抗反压能力最强;方转椭圆隔离段的抗反压能力受截面变化规律影响很大;矩形隔离段的抗反压能力则随着宽高比增大而减弱。同时结果表明,隔离段截面形状对出口马赫数和温升比基本没有影响,而对出口总压恢复影响显著。其中,圆形隔离段总压恢复最大,方转椭圆隔离段总压恢复最小。最后研究了来流条件对隔离段性能的影响。结果表明,随着来流马赫数增大,隔离段抗反压能力逐渐增强,而出口总压恢复和马赫数减小,温升比升高。研究发现,对于椭圆形隔离段,在不同来流马赫数下,当隔离段承受最大反压时,出口马赫数基本相同。

关键词：隔离段截面形状反压特性高超声速进气道数值模拟

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双模态超燃冲压发动机隔离段流动特性研究

双模态超燃冲压发动机隔离段流动特性研究

作者：何粲中国空气动力研究与发展中心

学位级别：硕士

宽马赫数范围内良好的工作性能使双模态超燃冲压发动机成为高超声速飞行器的理想推进装置之一。其中位于进气道与燃烧室之间的隔离段部件发挥着隔离燃烧过程与压缩过程的重要作用,避免了燃烧室直接对进气道产生干扰,保证了双模态发动机... 详细信息

宽马赫数范围内良好的工作性能使双模态超燃冲压发动机成为高超声速飞行器的理想推进装置之一。其中位于进气道与燃烧室之间的隔离段部件发挥着隔离燃烧过程与压缩过程的重要作用,避免了燃烧室直接对进气道产生干扰,保证了双模态发动机的稳定工作。研究隔离段反压特性与流场结构是超燃冲压发动机研发及工程应用的基础和必要前提。本文通过数值计算对隔离段抗反压特性、隔离段与燃烧室相互作用及飞行条件下的伪激波长度开展研究。对圆形及不同宽高比的矩形截面隔离段进行三维数值模拟,分析了反压、来流马赫数、总温、壁温、构型参数等因素对伪激波结构和隔离段流场的影响,获得了伪激波长度、隔离段出口及性能参数随各影响因素的变化规律。首先,研究结果表明不同构型的隔离段在流场结构与激波形态上存在较大差异,反压作用下的圆截面隔离段流场结构基本对称,壁面压力分布均匀,伪激波的碗状初始激波后存在周向分离涡;而矩形隔离段分离区则集中在角区,分离涡使隔离段壁面压力存在一定波动,与圆截面隔离段均匀分布的壁压明显不同;来流条件与反压固定时,宽高比越大矩形隔离段内初始激波形态越接近正激波,组成激波串的有序激波整体强度越弱,间距越小,可观察到的激波数目减少;其次,隔离段入口来流条件也对其流场及性能有很大的影响,来流马赫数增大时隔离段抗反压能力显著提高,出口参数不均匀程度整体增大,正激波串逐渐向斜激波串转变。虽然高来流马赫数时隔离段承受的压比更大,但低来流马赫数下隔离段的抗反压极限更接近正激波压比;来流总温及隔离段壁面温度升高均会使边界层更厚,伪激波长度增加,隔离段抗反压能力下降;分析各计算状态下圆截面及矩形截面隔离段的出口加权参数,研究发现出口加权马赫数随隔离段出入口压升的增大线性减小,线性斜率与截距可以表示为来流马赫数的幂函数;压升增大时,总压恢复系数线性减小,温升比则线性增大,不同构型隔离段的斜率相仿;对单独隔离段反压特性进行分析后,将隔离段与燃烧室作为一个整体研究,分别对两种发动机构型进行三维数值模拟,结合燃烧模态,初步分析隔离段与燃烧室相互作用、相互影响时流场中的波系结构及分离特征。结果表明,来流、燃料及构型的差异使得圆形与矩形截面发动机内初始激波形态、分离区范围等流场特征存在明显区别,但两种构型在不同燃烧模态下的波系结构与燃烧分布仍具有一定的共同点,在本文研究的工况下均呈现以下特征:纯超燃模态时隔离段末端第一注油位处的强桶状激波与构型带来的波系一同在壁面间反射,导致燃烧室内形成了复杂的波系结构,此时燃烧基本仅在凹槽及扩张段内完成,化学反应与高温区的分布相对集中;双模态超燃与亚燃时,隔离段内形成伪激波后燃烧室内强波系消失,随着伪激波前移燃烧室流场均匀性越来越好。一般隔离段内伪激波的形成伴随着少量燃烧产物的出现,此时部分燃烧可能在隔离段内完成。对于两种构型,隔离段内流场结构均对燃烧室内波系影响非常大,很大程度上决定了燃烧室流场的均匀程度。最后通过二维数值模拟简单分析飞行器实际工作时进气道、燃烧室作用下的隔离段流场及伪激波结构;并对不同工作条件及反压下的伪激波长度进行了数据拟合,初步得到了针对某矩形截面发动机构型伪激波长度关于来流马赫数、飞行攻角、压升比的拟合式,为建立衡量隔离段在飞行器工作时抗反压能力的伪激波长度模型提供了参考。

关键词：双模态超燃冲压发动机隔离段伪激波性能参数反压

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三维等直隔离段内激波串特性研究

三维等直隔离段内激波串特性研究

作者：赵阳阳电子科技大学

学位级别：硕士

本文首先对同一来流马赫数,不同反压下三维等直隔离段进行了数值模拟,分析了不同反压下隔离段内的流动特征,发现随着反压的增加,激波串的位置逐渐前移,当接近最大承受反压时,激波串由斜激波串逐渐变为正激波串,其对气流的压缩作用与正... 详细信息

本文首先对同一来流马赫数,不同反压下三维等直隔离段进行了数值模拟,分析了不同反压下隔离段内的流动特征,发现随着反压的增加,激波串的位置逐渐前移,当接近最大承受反压时,激波串由斜激波串逐渐变为正激波串,其对气流的压缩作用与正激波的压缩效果相似;反压增加时,隔离段出口温升比逐渐增加,出口马赫数逐渐减小;在来流马赫数不同,最大反压下,马赫数的增加使激波串与附面层的干扰增加,附面层分离包范围扩大,激波串更易成为斜激波串。相同条件下,宽高比越大,激波串越靠近隔离段进口。

关键词：反压特性隔离段激波串宽高比

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反压对等截面圆形隔离段传热的影响

热科学与技术 2016年第3期15卷 185-189页

作者：戴骏飞潘余杨安洪西昌卫星发射中心贵阳测量站贵州贵阳550025 国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073

为了研究反压对等截面圆形隔离段传热的影响,使用FLUENT,考虑二维轴对称的基于密度基的求解器以及RNG双方程k-epsilon湍流模型,对二维等截面圆形隔离段流场进行了流固耦合数值模拟。在来流马赫数为2的条件下,通过改变不同的反压来研究... 详细信息

为了研究反压对等截面圆形隔离段传热的影响,使用FLUENT,考虑二维轴对称的基于密度基的求解器以及RNG双方程k-epsilon湍流模型,对二维等截面圆形隔离段流场进行了流固耦合数值模拟。在来流马赫数为2的条件下,通过改变不同的反压来研究反压对等截面圆形隔离段传热的影响。结果表明:反压产生的激波串使隔离段内附面层发生分离,减小了热阻,增大了热流密度,从而增加了与冷却液的传热量。当激波串全部进入隔离段时,高反压有助于提高冷却效果。

关键词：超燃冲压发动机隔离段激波串传热

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超燃冲压发动机隔离段流动特性研究

超燃冲压发动机隔离段流动特性研究

作者：邓远灏西北工业大学

学位级别：硕士

隔离段是超燃冲压发动机的一个重要部件,它位于进气道和燃烧室之间,有两个重要的作用:一是隔离进气道和燃烧室间的相互干扰,以便提供给进气道一个较宽的稳定工作范围;另一个是使超燃冲压发动机能以双模态方式工作。由于隔离段内气体流... 详细信息

隔离段是超燃冲压发动机的一个重要部件,它位于进气道和燃烧室之间,有两个重要的作用:一是隔离进气道和燃烧室间的相互干扰,以便提供给进气道一个较宽的稳定工作范围;另一个是使超燃冲压发动机能以双模态方式工作。由于隔离段内气体流动的复杂性及其广泛的工程应用前景,隔离段内的流动特性引起了人们的关注。本文针对隔离段内的流动特性,利用商业CFD软件FLUENT对其内部流场进行二维与三维数值模拟,希望通过本文的研究可以了解隔离段内的流动特性,并为隔离段的设计打下基础。首先综合国内外的相关研究成果,详细分析了隔离段内部流场,并提出了隔离段的一种长高比估算方法。其次针对两个有名的隔离段实验研究,本文借助FLUENT软件对隔离段进行了算例验证,并将计算结果与实验数据作了对比,研究了不同的湍流模型、不同的网格、不同的数值计算格式和不同的几何模型对求解的影响,并提出了一种适用于隔离段流场计算的数值方法。最后通过数值模拟研究了出口反压、来流马赫数、附面层厚度、来流雷诺数、长高比、扩张角、缩比和宽高比对隔离段内部流场的影响,获得了大量的计算结果,较为详细地给出隔离段内部流场随不同流动参数和几何参数而变化的规律。

关键词：超燃冲压发动机隔离段流动特性数值模拟流动参数几何参数

壁板强迫振动下进气道隔离段激波串的流动控制技术研究

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壁板强迫振动下进气道隔离段激波串的流动控制技术研究

作者：王铁翔南京理工大学

学位级别：硕士

超燃冲压发动机已成为当今世界各军事强国的主要研究目标,是近年来航空航天技术领域的战略制高点,隔离段是超燃冲压发动机的重要组成部分,对发动机整体性能有着非常重要的影响。隔离段内存在较为复杂的激波串流场结构,是超声速/高超声... 详细信息

超燃冲压发动机已成为当今世界各军事强国的主要研究目标,是近年来航空航天技术领域的战略制高点,隔离段是超燃冲压发动机的重要组成部分,对发动机整体性能有着非常重要的影响。隔离段内存在较为复杂的激波串流场结构,是超声速/高超声速气流在减速增压过程中出现的一种以激波和边界层干扰为主要特征的流动现象。因此,本文采用在进气道/隔离段内施加壁板强迫振动的控制方法,来改变隔离段流场,进而控制激波串流动特性,可为进气道/隔离段的流动控制提供参考。本文主要研究工作如下:(1)详细地给出任意拉格朗日-欧拉描述下雷诺时均Navier-Stokes方程组和湍流模型,阐明所采用的数值方法,如空间离散方法、通流计算方法、时间推进方法、边界条件等,最后对该数值模拟方法进行了验证。(2)研究壁板振动对二维等直隔离段流动特性的影响,从激波串结构、分离区、流动畸变系数、总压恢复系数、流动不对称系数等多个方面进行分析。结果表明,与刚性壁面条件相比,壁板强迫振动时,隔离段承受反压能力增强,能够抑制分离区的产生,也会导致不稳定的侧向载荷;随着壁板振动频率的增加,隔离段承受反压能力减弱,隔离段性能在振动频率为f=500～600Hz时达到最佳;随着壁板振动幅值的增加,隔离段承受反压能力增强,抑制分离区的产生的效果增强,隔离段总压损失降低,出口流动更不均匀,侧向载荷更加显著。(3)研究壁板强迫振动对复杂背景波系条件下隔离段流动特性的影响。对刚性壁面、壁板不同振动位置进行了数值模拟。结果表明,与刚性壁面相比,壁板振动将导致隔离段抗反压能力减弱,出口密度更不均匀,出口流量更差,但会使得总压损失减小;对比壁板振动不同位置结果发现,在壁板位置为x=0.35m工况时,出口处密度最均匀,总压损失最小,隔离段性能最佳。(4)研究壁板不同振动幅值、振动频率、壁板长度和振动类型对复杂背景波系下隔离段流动特性的影响。结果表明,随着振动幅值的增加,隔离段抗反压能力减弱,出口密度越来越不均匀,出口流量越来越小,但总压损失越来越小;比较壁板振动不同频率工况可得,振动频率大约在f=400Hz时,对隔离段内流场特性影响最大,抗反压能力减弱,隔离段出口密度更不均匀,出口流量更小,但总压损失更小;比较壁板不同长度工况,能够发现l=0.1m工况时,对隔离段内激波串影响最为显著,出口处流动密度最均匀,出口流量最大,隔离段内总压损失最小,此时隔离段性能最佳;比较壁板不同固有振型可知,随着固有振型的增加,对隔离段内激波串结构影响加剧,使得出口处密度更加均匀,出口流量更好,隔离段总压损失逐渐减小。

关键词：超燃冲压发动机隔离段强迫振动激波串背景波系