变唇口型总压畸变流场的模拟技术

本文对变唇口型总压畸变流场模拟技术进行了试验研究。一方面总结分析了各种唇口几何参数对总压分布谱图和总压脉动紊流度的影响, 从而将这些一般的规律应用于特定总压分布谱图, 总压脉动紊流度及其畸变指数的模拟。另一方面, 对给定的二个不同类型的总压畸变流场进行模拟, 所模拟的稳态周向总压畸变指数, 平均总压脉动紊流度和最大瞬时畸变指数均能达到规定偏差的要求。      

测点布局对航空发动机总压畸变指数的影响

为了阐明测点布局对航空发动机进气总压畸变测试结果的影响，利用旋转总压测量耙对5种畸变流场的稳态和动态总 压畸变成分进行了测试，计算了旋转总压测量耙位于不同位置时畸变流场的稳态周向总压畸变指数和动态总压畸变指数，分析了 不同测点布局下总压畸变指数计算结果的偏差。结果表明：测量耙/测点与畸变流场的相对周向位置对总压畸变指数计算结果的 准确性至关重要，对于所分析的5种畸变流场，增加测量耙/测点周向数目并不能使总压畸变指数计算结果的偏差单调减小，但可 降低其对测量耙/测点周向位置的敏感度。基于畸变区域周向分布设计稳态总压畸变测量耙的周向位置，组合使用不同相对半径 处测点对动态总压畸变进行监测，可提高总压畸变指数计算结果的准确性。     

涡破碎片控制尖脊进气道总压畸变的试验研究

地面静止状态下，在Caret进气道进口下唇口外侧和外唇口下侧角落处存在一个较强的顺时针旋转大涡，涡破碎片控制该进气道总压畸变，即利用涡破碎片产生的反向旋转旋涡来抵消或减弱该旋涡。研究了涡破碎片分别安装在外唇口下侧和下唇口外侧时，几何尺寸、安装位置、以及安装角对Caret进气道出口流场总压畸变影响趋势。研究表明，安装在外唇口下侧的涡破碎片能改善总压畸变流场并可使Caret进气道在较小流量下使稳态总压畸变值减小17％，而安装在下唇口外侧的涡破碎片对畸变流场影响不大。     

基于神经网络的航空发动机进口总压畸变重构研究

为建立适用于畸变容限控制技术的航空发动机进气总压畸变估算方法,采用基于神经网络方法,以飞机试飞测量数据为基础,分别开展了发动机进口总压流场和稳态周向畸变指数重构方法研究。以壁面静压、发动机进口面中心点总压以及攻角、侧滑角数据分别构建了三种不同输入参数组合的神经网络模型,并对比分析了各模型的重构精度和适用性。结果表明:采用神经网络方法可以较好地建立壁面静压、飞行参数与发动机进口总压分布和稳态周向畸变指数的映射模型;以壁面静压、发动机进口面中心总压、攻角和侧滑角为输入的神经网络模型,对于总压流场重构和稳态周向畸变指数重构都具有最佳的重构精度;采用先重构流场总压分布再计算稳态周向畸变指数的间接方法相对于直接重构稳态周向畸变指数的方法具有更高的重构准确性;对于与建模飞机具有相同进气道结构和布局的飞机,训练完成的神经网络模型对总压流场重构具有一定的适应性,对稳态周向畸变指数重构适用性差。     

在动态畸变流场中的脉动压力统计特性初探

利用变唇口畸变发生器在某压气机上进行的动态畸变试验,研究了流场中的脉动压力统计特性,进一步认清了畸变流场中脉动压力特征与相应的稳态总压畸变图谱的关系。通过对大量试验数据在时域和频域上的分析,定性地描述了动态畸变流场中旋涡尺度的大小及分布,并为定量地计算旋涡尺度打下了基础。     

在动态畸变流场中的脉动压力统计特征初探

利用变唇口畸发生器在某压气机上进行的动态畸变试验,研究了流场中的脉动压力统计特性,进一步认清了畸变流场中脉动压力特征与相应的稳态总压畸变图谱的关系。通过对大量试验数据在时城和频域上的分析,定性地描述了动态畸变流场中旋涡尺量大小及分布,并为定量地计算旋涡尺度打下了基础。     

一种受总体限制的弹用S弯进气道的设计和实验验证

在飞行器总体对发动机进气道长度、偏距和相贯位置有特定要求及叉形弹翼根部空间的限制情况下,设计了一种大偏距、短扩压的S弯进气道。进气道的设计特点是在唇口后保证有尽可能长的S弯扩压段,扩压段在采用合理的中心线变化规律和面积变化规律的情况下,通过变宽度的方法确定截面形状,以满足总体要求。风洞模型实验结果表明:1.进气道具有良好的气动性能,高的总压恢复系数(σ>0.985),较低的周向稳态总压畸变指数(Δσ0<1.0%)和径向稳态总压畸变指数(Δσp<2.8%);2.在一定马赫数下,进气道性能对正攻角和偏航角不敏感,仍保持高的总压恢复系数和低的畸变;3.进气道出口气流紊流度较低(—Tu<2.5%),因此进气道出口截面的总畸变指数低(w<3.0%)。     

2种进气畸变流道结构对航空发动机

基于某型航空发动机插板式进气总压畸变试验,重点分析了进气段采用收敛形和直线形2种进气流道结构对发动机进口总压畸变流场的影响,并对3维数值模拟结果进行了研究。结果表明：在收敛形进气流道结构下,当插板相对插入深度大于45%后,发动机进口总压畸变流场稳态周向畸变指数逐渐减小,且随插板深度增加,发动机进口畸变流场逐渐趋向均匀;直线形进气流道结构在插板深度逐渐增加时,进口畸变指数平稳增大,流场不均匀性增强,能较好地表征发动机进口畸变流场形态     

高湍流度畸变流场的模拟

应用“双板结构”模拟板成功地模拟了高湍流度畸变流场。模拟结果表明:板间距离增加将使板后流场平均总压恢复系数下降;第二块板有改变稳态畸变值和调整畸变图谱的作用。由此得到“双板结构”模拟板模拟高湍流度畸变流场的设计原则:第~块板应以宽板为主,以产生高湍流度畸变流场;第二块板起调整图谱,改变畸变值的作用。实验还表明“双板结构”模拟板畸变特性随Ma数的变化与“单板结构”明显不同。     

模拟板吹风试验结果与数值模拟结果关联规律

采用CFD方法对恶劣图谱模拟板进行模拟,通过对模拟结果和试验结果进行对比分析,总结出CFD模拟结果与吹风试验结果的关联规律。结果表明:畸变指数关联方法,适用于任何堵塞比的模拟板,可以保证周向畸变指数一致,但不能保证低压区范围相近和总压分布相似;距离关联方法既可保证周向畸变指数一致,又能保证低压区范围和总压分布相似,但只适用于堵塞比较小的情况。     

进气道出口大畸变流场的模拟

提出了“大板结构”模拟板的概念,并用它成功地模拟了某飞行器进气道出口大畸变流场,其畸变值最大达DC_(90)=-1.118,表明采用“大板结构”模拟板可有效地模拟大畸变流场。同时给出了板前来流M数对板后流场总压损失、流场畸变及紊流度等参数的影响,为进一步开展进气道/发动机匹配研究,发动机抗畸变能力实验研究提供了手段。     

畸变模拟板的设计与试验研究

通过对模拟板的设计研究，提出了一种半经验、半数学的模拟方法。实例表明，该方法简单有效，较为满意地模拟了给定流场的总压恢复系统分布图形。按模拟方法初次制作的模拟板，经过数次的试验调整其畸变指数即可达标。此外，还介绍了试验的调整方法，该方法经试验证明是行之有效的。     

一种两侧布局的亚声速无人机进气道流场特性

对一种两侧布局的亚声速无人机进气道进行了气动设计和数值模拟研究,得到了该进气道的工作特性.结果表明,进气道唇口、两侧管道的汇合段、以及发动机轮毂对进气道流场和性能影响较大,发动机轮毂能改善进气道出口流场品质,降低流场畸变.在所有状态下,该进气道的总压恢复系数大于0.97,畸变指数小于0.15,满足发动机的工作要求.      

真实进气条件下发动机气动稳定性计算方法

基于平行压气机理论，采用非定常、二维、无黏的积分型欧拉方程，以蒸汽吸入试验中产生的温度和压力组合畸变为边界条件，开展真实进气条件下温度和压力组合畸变对发动机影响的计算方法研究。在保证畸变强度、高温区范围、低压区范围等特征不变的前提下，对畸变图谱进行规则化等效转换，同时协调温度和压力畸变图谱，使两者可以进行相互叠加计算。结果表明:当周向子发动机数量大于2时，子发动机数量对计算结果影响不大；组合畸变对风扇、压气机压比影响规律与单独的压力畸变相同；与试验的推力损失对比显示，对畸变图谱进行等效规则化转换，可以用于真实组合畸变的计算。      

平面埋入式进气道的口面参数选择与试验验证

为了提高飞行器的隐身性能和降低其迎风阻力,采用具有平面腹部的低雷达截面外形机身与埋入式进气道的组合是一种良好的解决方案。但迄今尚未有成熟的平面埋入式进气道设计方法可供借鉴,为此对平面埋入式进气道口面参数进行了组合对比研究,旨在通过口面参数的选择来改善进气道的气动性能。在此基础上,选择一组口面参数设计了一梯形进口的平面埋入式进气道方案,并进行了高速风洞试验验证。研究结果表明:(1)进口侧棱决定了所产生的卷吸涡的强度,而前唇口导流角决定了进口段的横向压力梯度,两者均是驱动主流进入进气道内部的关键因素,为此对进气道总压恢复系数和周向畸变指数均有着重要影响;后唇口型线特征参数对进气道出口总压高低压区的分布起着调节作用,为此可以作为控制周向畸变指数的一种辅助措施。(2)合适的口面参数能明显改善平面埋入式进气道的性能。选取23°导流角、4°侧棱角以及30°后唇口型线特征参数组合进行了方案设计和风洞试验验证,在Ma₀=0.7,α＝-2°~8°,β＝0°~2°的范围内,进气道的总压恢复系数在0.920~0.952之间,周向畸变指数在1.142%~2.237%之间,达到了实用水平。(3)研究范围内,攻角的增加有利于改善平面埋入式进气道的总压恢复系数和周向畸变指数,而小角度侧滑时对出口流场畸变的影响不大,不仅未下降,反而稍有增加。     

一种进气道流场畸变模拟装置的研究

提出了一种用于进/发匹配的畸变模拟板与紊流发生环组合畸变模拟技术,根据该技术所设计的畸变模拟装置由可调节角度的模拟板以及可换装的紊流环组成,轴向长度仅等于通道截面一倍当量直径。通过实验研究得到了可调畸变模拟板与可换紊流发生环的几何设计参数及其组合状态下的气动性能变化规律,为该组合模拟技术的进一步运用打下了基础。      

圆柱-平板角区湍流流动控制的风洞试验研究

角区流动中马蹄涡系的存在通常会造成不良影响。对圆柱-平板角区流动,在圆柱上游放置一倾斜的小圆棒能够改变角区流动结构。利用油流法和平板表面压力测量方法探讨了湍流流态下不同的小圆棒对平板表面的摩擦力线和压力分布的影响。油流实验揭示了倾斜棒能够改变角区的三维分离,新的分离线由倾斜棒和圆柱共同作用引起;倾斜棒对角区的作用可归类为两种不同的物理现象;倾斜棒能够引起圆柱侧面的分离线向下游发生极大的迁移,导致圆柱底部区域尾迹变窄。平板表面压力测量实验揭示附加的倾斜棒能够极大地改变压力分布情况,角区的逆压梯度相应减小;由此,逆压梯度引起的三维分离必然被削弱。     

一种平面埋入式进气道的地面工作特性及流态特征

对一种平面埋入式进气道的地面工作特性进行了实验研究, 结合数值仿真技术, 分析了地面工作状态下该类进气道的流态特征, 并探讨了其出口总压图谱的形成成因.结果表明:(1)虽然进气道出口截面的二次流较弱, 但通道内却存在强的以对涡为特征的旋流, 该对涡因埋入式进气道进口侧棱的存在而产生, 与后唇口前缘的气流分离共同导致了进气道出口截面的大面积低总压区;(2)地面工作状态下, 埋入式进气道的总压恢复系数随出口马赫数的上升而下降, 周向畸变指数、紊流度和综合畸变指数则随着出口马赫数的增加而增加.在相同的出口马赫数下, 地面工作状态的总压恢复系数高于飞行状态, 各种畸变指数也明显偏高.但当发动机的进口工作马赫数为0.35左右时, 进气道出口截面的综合畸变指数W小于10.0%, 满足常规发动机的稳定工作要求;(3)计算和实验结果对比表明, 所得到的进气道出口总压恢复系数相对误差在1.2%以内, 但畸变指数整体偏大.      

进口总压随机脉动的数值模拟方法

为了能用数值计算方式模拟动态总压畸变对航空发动机稳定性的影响,首先要模拟出进口总压的随机脉动过程.根据进口总压随机脉动的正态分布特点及相关性特征,获得了带有指数自相关函数的动态总压畸变的随机过程,同时分析了积分时间常数、时间步长以及时间长度等参数对所生成的总压随机脉动过程的影响.结果表明,为了获得较好的模拟效果,时间步长应取得较小,时间长度应取得足够的长,而积分时间常数对模拟的可靠性则影响不大.