密切曲面内锥乘波前体进气道设计和试验研究

介绍了密切曲面内锥乘波前体进气道(Osculating Inward turning Cone Waverider Inlet,OICWI)的一体化设计方法,对该型乘波前体进气道的性能进行了数值分析,针对该型一体化乘波前体进气道完成了风洞试验研究。理论设计结果和设计状态无粘模拟结果一致,设计状态下的计算结果表明,前体进气道具有较高的总压恢复、较好出口流场均匀度及较高的流量捕获率。试验研究结果表明,改型一体化前体进气道在马赫数5~7条件下顺利启动,流场波系及压力分布同数值分析结果吻合。     

二元超音速进气道唇口分离流动及其控制

本文着重研究了二元超音速进气道几种唇口内侧壁面分离流动控制结构,对进气口流场、几何喉道下游邻近截面的流场及其壁面附面层参数、进气道出口流场和性能的影响。并对唇口分离流吹除和吸除之后,进气口再附着点下游截面上的总压脉动压力均方根值分布及功率谱密度-频率特性进行了比较。     

带进气道的翼身组合体纵向亚声速气动特性计算方法

一种计算方法可用于确定带进气道的翼身组合体纵向亚声速气动特性。计算中,忽略了粘性影响,采用线化小扰动假设,根据基本解迭加的方法,求出了带进气道的翼身组合体的表面压力分布、法向力和俯仰力矩系数并给出了算例。算例结果表明:在上述假设下,进气速度比对于全弹压力分布有影响,主要是在进气道附近,进气速度比对全弹法向力和俯仰力矩的影响较小,在初步设计时可以忽略。     

航天飞机的粘性干扰效应——航天飞机的空气动力学问题之二

航天飞机在55公里高度以上飞行时,处于高马赫数,中、低雷诺数的粘性干扰区(粘性干扰参数(?)=0.005～O.08)。传统的无粘流/边界层修正法(3DV)已不适于计算无粘/有粘强干扰的情况,而要采用全粘性激波层的 PNS 法。本文简要的介绍了美国航天飞机研制过程中采用的3DV 和 PNS 的计算方法,对航天飞机简化外形和钝锥体的粘性干扰效应进行了分析和讨论。研究结果表明,PNS 法是解决航天飞机高超声速粘性干扰效应的较为有效的数值模拟方法。     

收敛形进气道数值研究的验证

介绍一种新型的、具有最小喉道面积的三维高超声速进气道 (称之为收敛形进气道 )的数值和实验研究结果。表明使用这种形式的进气道 ,在整个飞行速度范围内可以降低阻力和高超声速发动机表面的热防护要求 ,通过降低外压缩表面的倾斜度和减少进气道及燃烧室壁的面积就可以做到这一点。在采用低维次流动的气体动力设计方法的基础上设计成这种形式的进气道。计算是在无粘气体模型构架内用有限体积法进行的。同时用边界层方程计算出计及粘性的气流特性和进气道特性。数值算法是通过收敛形进气道的有限宽楔形外压缩表面的计算和实验数据来验证的。进行实验研究的马赫数M=2～ 1 0 7,基于模型进气道高度的雷诺数Re=( 1～ 5) × 1 0 6。数值计算与实验结果一致性很好。这些结果也和通常的二维进气道的数据作了比较。     

用于非定常粘性流动计算的无网格算法(英文)

把无网格算法发展用于求解涉及动边界的非定常粘性流动问题。在处理粘性流动的布点问题时,通过在远离物面的区域采用无粘流动计算时所用的各向同性点云,而在物面附近引入各向异性点云,从而在保证物面法线方向布点较密以准确模拟边界层的同时,有效控制了布点总量,减少了计算时间。对于动边界问题,本文在上述方法获得的初始布点的基础上,采用基于扰动衰减规律的点云移动技术,快速得到物面运动到其他位置时流场求解所需点云。在所获得的点云上,采用一种带权系数的二次极小曲面逼近方法来离散Navier-Stokes方程的空间导数,权系数的引入使得流场求解时对各向同性点云和各向异性点云无需分开考虑,而是采用统一的求解方法,从而简化了编程求解。用发展的无网格算法,结合Navier-Stokes方程求解双时间推进方法,并耦合Spalart-Allmaras湍流模型,先成功地模拟出NLR7301翼型后缘摆动诱发的非定常流,并通过与实验比较,验证了本方法.接着进行了NACA0012失速模拟,给出了动态失速过程,展示出用本文方法处理复杂动边界问题的效果。     

Y形进气道流场数值研究

Y形进气道在两侧进气布局的单发轻型战斗机和教练机上应用较为普遍。由于流动的复杂．不易对其内部的流动进行实测．为此本文基于Favre平均的N-S方程和B／L代数湍流模型．采用了Jameson格式和矩阵人工粘性耗散，对某型亚声速飞机的Y形进气道流场进行了数值模拟。提出了一种解决网格块之间插值问题的处理方法．研究了进气道两侧管道气流的掺混作用及二次涡．得出了进气道内外流场的马赫数、压力和速度分布，以及进气道的性能随反压和攻角的变化曲线。研究结果可为进气道的设计提供一定的参考。     

弹丸气动力特性计算方法

本文介绍了制导与非制导单独强身亚、跨、超声速有攻角时的升力、阻力特性及压力中心的计算方法。其中超声速波阻采用 Van Dyke 二级扰动理论计算,跨声速波阻用半经验方法处理。其余如摩阻、底阻、粘性分离和旋转带的阻力均用经验方法计算。无粘升力特性,在超声速时用一级横流理论计算,亚、跨声速时采用半经验方法处理,粘性升力特性则全部用经验方法计算。这套方法已软件化,用一个源程序表出。计算结果表明,该方法对尖头、截平头和半球形头部的实际弹形均有相当好的升力、阻力特性计算精度,并能给出合理的压力中心计算结果。     

一种可利用部分冲压的直升机进气道流场特性实验研究(英文)

针对可利用部分冲压、带前输出轴直升机进气道结构特点 ,实验研究了在侧滑角从 0～ 1 35°状态下的直升机进气道流场特性 ,分析了沿程静压分布、进气道出口截面流场畸变指数、总压恢复系数等进气道性能参数。研究表明 ,该类进气道在各种侧滑状态下总压恢复系数较高。当侧滑角大于 90°时总压恢复系数随着来流速度的增加而减小 ;进气道内气流分离的区域和出口截面流场畸变指数与侧滑角和来流速度的大小有关。其中在侧滑角小于 90°时 ,进气道出口截面流场品质较好。当侧滑角大于90°时 ,随着来流速度或侧滑角的增加出口流场迅速恶化     

NAPA软件的并行化研究和效率分析

基于区域分裂思想,以M P I(M essage pass ing in terface)为消息传递库,实现了三维全粘性湍流计算软件NAPA的并行化。对NACA 0012翼型、微型飞行器、高超声速进气道等流场进行了计算和分析,比较了并行和串行软件的计算结果,结果完全一致,并对比了NACA 0012翼型流场的计算结果和实验值,表明NAPA软件的改进是成功的。随后对各个算例的并行效率和加速比进行了对比分析,分析了通信比例、负载平衡度以及通信模式等影响并行效率的几个重要因素。最后使用In te l cluster too ls和V tune工具对NAPA程序进行了算法和代码效率优化,发现了原代码中耗时长的几个子程序并进行了改进,通过对高超声速进气道算例的测试,计算效率提高了55.33%。     

M=1.6～2.6单支点半柔壁喷管的超音速进气道风洞的设计与调试

本文介绍一个单支点半柔壁喷管的超音速进气道风洞。喷管出口的尺寸是160毫米×160毫米,试验M数范围为1.6～2.6,攻角变化范围为15°(单向)。介绍了供气系统、风洞装置及各系统的设计,还介绍了风洞的调试工作及调试结果。流场校测的结果为:M数偏差(ΔM/M_0)≤±1.5％,M数的均方根偏差小于1％,满足进气道模型试验的要求。     

自适应计算网格的生成和优化方法

本文提出一种简单通用的自适应计算网格生成方法。配合文[1]的网格优化方法,能在生成自适应网格的同时,保证网格具有较好的光滑性和正交性。本文还阐述了单元加权函数W的取值和边界点的确定对自适应网格性质的影响。作为应用实例,本文将自适应网格用于二维无粘跨音速叶栅流场计算。结果表明,采用自适应网格能明显改善流场的计算精度。     

喉道参数对埋入式进气道气动性能的影响

以实验的方法系统地研究了喉道设计参数对埋入式进气道气动性能的影响。得出了低速下模型处于 0°攻角 ,0°侧滑及 4°侧滑时喉道位置和喉道面积比对进气道气动性能的影响。实验研究结果表明 :在适当的位置设置面积比合适的喉道可以大幅度地提高埋入式进气道的效率 ,降低进气道出口流场畸变。本文的研究为埋入式进气道喉道参数的优化设计提供了实验依据。     

非结构网格的高超声速粘性MHD流场数值模拟

应用数值方法在非结构网格上对磁场干扰下的二维高超声速钝头体粘性绕流进行了数值模拟。控制方程为N-S方程耦合Maxwell方程的粘性MHD方程组,空间离散采用有限体积方法,对流项用AUSM格式计算,粘性项用中心格式求解,时间推进用显式5步Runge-Kutta格式,引用双曲型散度清除技术加强▽.B=0的条件。计算模型为二维钝头体,在高超声速来流条件下,分别对有、无均匀磁场干扰下的流动进行了数值模拟。计算结果表明,在均匀磁场干扰下,激波脱体距离显著增加,物体表面压力急剧下降。对比表明文中发展的计算方法可以准确地进行二维粘性MHD流场的数值模拟。     

进气道研究在南航

本文回顾了进气道研究室近几年来在进气道与发动机匹配、进气道流场控制、进气道扩压器的设计和气动测试等方面的科研工作,并对实验设备和技术的研究概况作了简单介绍。     

超音速轴对称进气道唇口分离流吹除及其动态畸变源相干分析

本文研究了马赫数M_∞=2.0一级的双锥轴对称超音速进气道在起飞状态下,自大气引入射流,吹除唇口内侧壁面强烈的气流分离和倒流对进气道沿程静压脉动以及对其出口脉动总压的影响;并对进气道出口的动态畸变源作了相干分析。     

某组合发动机进气道抽吸作用分析

对某组合发动机进气道设计马赫数下的三维流场进行了数值模拟。研究了不同位置抽吸对进气道流场及性能的影响,研究结果表明,外压部分抽吸能在较小的抽吸流量下有效改善进气道的起动性能和气动性能,而又不改变进气道的内通道特性;内通道抽吸均化了喉道出口流场,提高了总压恢复系数,但减弱了压缩程度,造成压比、温升比较大幅度地下降,喉道出口马赫数增加,且抽吸流量越大,压比、温升比的降幅和喉道出口马赫数的升幅越大。     

高超声速咽式进气道起动特性研究

为了研究高超声速咽式进气道在非设计迎角以及低马赫数下的起动性能,利用流线追踪生成了设计马赫数Ma=7,具有8-7无粘基本流场(即俯仰平面内的斜激波由和自由来流呈8°夹角的斜压缩面产生;偏航平面内的斜激波由和自由来流呈7°夹角的斜压缩面产生)的咽式进气道,并对边界层修正前后的两种咽式进气道进行了数值模拟和高超声速风洞实验.实验观测和记录了各个来流条件下进气道模型唇口的激波系结构,测量了沿进气道模型上下壁面中心线从气流进口到出口的沿程静压分布.结果表明:迎角的增大和来流马赫数的减小都会对迸气道的起动性能造成不利的影响,通过对咽式进气道进行边界层修正,可以提高进气道的总压恢复系数,减小内收缩比,从而扩宽进气道起动的马赫数以及迎角范围,对进气道设计有着积极的作用.     

带进气道的面对称布局战术导弹气动特性工程估算

随着导弹技术的不断发展和非接触式作战样式的出现,需要有一套快速的工程方法来估算带进气道的战术导弹的空气动力性能。针对带有进气道的面对称布局战术导弹,基于大量的研究和实验结果以及工程经验,把进气道视作极小展弦比的部件,建立了进气道法向力与压心计算的简化模型,采用部件组合法发展了一种适用于带有进气道的布局形式、计及非线性影响的战术导弹气动力和动导数工程估算方法及程序,计算结果与实验数据吻合较好。     

空天飞机的乘波外形

本文首先介绍了乘波外形的基本概念和空天飞机采用乘波外形的优点,然后介绍了利用楔的流场和圆锥流场构筑乘波外形的方法和气动力性能的计算公式,在简单地评述了乘波外形优化工作的进展之后,重点介绍了考虑粘性的乘波外形优化方法和乘波外形气动力性能计算与实验结果的比较。对乘波外形与超燃冲压发动机一体化方面的近代工作也作了介绍。最后,对乘波外形今后的研究工作提出了建议。