发动机进气道天然气/空气混合流场的纹影显示

研究天然气/空气在发动机进气道中的混合特征以及喷射压力、流速和喷嘴布置对混合效果的影响.采用抽吸式风洞进行实验研究.进气流量由矩形通道中的喉道(声速面)控制.采用纹影对天然气/空气流场进行光学显示,得到了不同喷射压力、喉道高度和喷嘴布置(单列6喷嘴和3列18喷嘴)条件下的流场纹影照片.结果表明对指定喷射压力、喷嘴布置压力工况,当喉道高度为7.1mm,节流阀角度小于64.87°,天然气/空气混合流场与节流阀开度无关;当喉道高度为16.4mm,节流阀角度小于51.38°,天然气/空气混合流场也与节流阀开度无关.喷射压力和喷孔数决定着天然气的流量.尽管支架会引起流动阻力,影响进气效率,但支架喷射的混合效果要比壁面喷射的效果好.天然气流量由喷射压力和喷孔数决定,未观察到天然气向支板上游的气流中扩散.     

二元超音速进气道进气口内流动的动态特性及相干分析

本文着重研究起飞状态下二元超音速进气道进气口内气流流动的动态特性。实验结果表明,在唇口分离区再附着点下游的靠近唇口壁面和在几何喉道下游邻近的通道截面中部,各有一个强的气流总压脉动区,其最大紊流度达0.0825;而平均紊流度约为0.06。若对唇口内侧分离流采取有效的控制,紊流度峰值大大下降,平均紊流度由0.06降为0.032～0.031(在截面)。文中还就进气口内气流的总压信号与几何喉道附近气流的总压作了较为详细的相干分析。指出,在对唇口分离流采取有效措施之后,可以明显地改善其相干性。     

双喉道推力矢量喷管的气动性能数值模拟

对双喉道推力矢量喷管的流动特性和气动性能进行了数值模拟研究,分析了在有无推力矢量情况下,双喉道喷管的主流落压比(Nozzle pressure ratio,NPR)和二次流流量对喷管的气动性能与内部流动特性的影响。研究结果表明,在无推力矢量状态下,双喉道喷管在落压比NPR=3.0~4.0之间具有最优的推力系数和流量系数,分别为0.974和0.935。在有推力矢量状态下,双喉道喷管在NPR=4.0时具有最优的推力矢量角和推力系数,其推力矢量角最高为16.1°。当二次流流量为4时,推力矢量角为14.6°,推力系数为0.95。随着二次流流量的增加,双喉道喷管的推力矢量角逐渐增加,但是当增加到一定值之后,推力矢量角会逐渐减小。在相同的二次流流量下,随着主喷管落压比的增加,推力矢量角和推力矢量效率逐渐降低。随着主喷管落压比的增加,双喉道喷管的推力系数逐渐升高,在NPR=4.0达到最大值后逐渐降低。流量系数随着主喷管落压比的增加逐渐增大,但是在NPR=4.0以后,流量系数的变化趋于稳定。     

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。     

亚声速二喉道流场不对称现象研究

为满足未来我国先进飞行器的发展需求,我国将考虑建设大型跨声速风洞,提高风洞试验模拟精细化水平。而第二喉道作为风洞 Ma 数控制的有效手段,被认为是提升跨声速风洞能力的关键技术之一。本文首先通过CFD 数值模拟发现了二喉道段流场在某些压比下存在不对称现象,然后,利用现有引导风洞,设计加工了 Ma=0.7的带可变中心体的二喉道段进行验证试验。试验结果显示,当前室总压达到某一值时,二喉道段流场会出现不对称现象,并前传影响试验段流场品质。最后利用 CFD 手段给出了一种无不对称现象的新型二喉道设计。     

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。     

流体推力矢量技术研究综述

流体推力矢量技术不采用机械偏转,以流动控制方式实现推力转向,有望成为一种更加高效的推力矢量控制方法。目前实现流体推力矢量的主要方法有激波矢量法、双喉道方法、逆流控制方法和同向流方法等,对以上方法选择具有共性的计算与试验数据,对喷管的推力矢量效率、推力损失和流量系数进行了对比分析。结果表明激波矢量方法、双喉道方法和逆流方法能够在大落压比范围内（NPR=1.89~10）实现推力矢量控制,并且具有俯仰/偏航耦合甚至多轴控制的潜力。相比激波矢量法和逆流方法,双喉道和同向流方法在减少推力损失和提高矢量效率上占有优势,不足之处是双喉道方法对喉道进行控制限制了流量系数,而同向流方法的适用落压比范围受到严重限制。为寻求更加高效的矢量喷管技术,国内外相继发展了多种新概念流体推力矢量方法,对每种方法的控制原理、潜在优势和存在的问题挑战进行了探讨,新方法着眼于从喷流出口下游进行控制,对主流的干扰很小,值得深入研究,同时也为流体推力矢量的下一步研究方向提供了借鉴参考。     

某飞机进气道改型方案的设计与地面选型试验

本文针对某飞机的要求,设计了几种进气道方案,并对其地面模型的试验结果作了讨论。 文章根据某飞机进气道的特点(两侧进气,近似方形进气口,进气道长度对进气道出口直径比L/D较大以及由于总体结构的限制,使进气道形成左右、上下较大的转弯等),阐述了进气道进口面积,喉道面积,唇口几何参数,喉道附近通道部分和亚音扩压段面积分布等参数的选择原则。文章还分析了上述这些参数对进气道性能的影响。本文对进气道有关设计参数所提出的设计原则对一般的跨、亚音速进气道也是适用的。 从几种方案的试验结果得出:喉道M数为0.75,唇部收缩比为1.20,内型面的椭圆长短轴比a/b=2.84,超越椭圆指数n=2.25,内通道面积分布为第Ⅳ方案的进气道性能最好。在地面起飞状态,进气道的总压恢复系数σ可达0.908,周向总压畸变指数DC_(60)为0.22左右。该指标满足了与该机进气道配用的斯贝发动机要求,并达到和超过国内外同类机种的地面性能水平。     

超音速推力喷管的最佳型线

本文提出一种设计超音速推力喷管的方法。根据这种方法,可以在给定的喷管长度、外界气压、喉道面积以及喉道附近气流流动等条件下,设计出具有最大推力的超音速喷管管壁的形状。在分析喷管内气体的流动时,假设工作气体是完全的理想气体,气体的流动是等熵位流。     

碳氢燃料超燃研究与应用

通过分析与试验表明 ,技术风险小、性能可靠、近期能够实现的、以煤油为燃料的弹用冲压发动机是一种适宜于飞行Ma =6左右的高超声速导弹的推进装置。采用尾喷管几何喉道可调的方法 ,有利于提高煤油冲压发动机亚燃工况的性能 ,满足飞行器对低马赫数 (Ma=2 5左右 )接力与加速状态推力特性的要求。以煤油与氢为燃料的双燃料冲压发动机具有广阔的应用前景     

超声速喷管起动过程激波结构演化特征

通过改变进出口压比,对马赫数2.7的二维对称拉瓦尔喷管流动进行了试验研究,给出了超声速喷管起动过程中的激波结构演化特征。在试验过程中,固定喷管喉道出口面积比,改变喷管上下游压比,使喷管起动激波从喉道发展到喷管出口处,逐渐过渡到设计工况。在起动激波向下游发展的过程中,喷管内流动经历了教科书上给出的理论过程:喉道正激波、扩张段内正激波、喷管出口马赫反射、喷管出口规则反射、设计工况等;但由于附面层的存在,每一个过程与无粘情况下的激波示意图都有所不同。比如,试验中捕捉到的激波串在向下游的移动过程中,出现的由λ型激波向Х型激波的转变,以及激波串非对称现象的出现等。基于纹影和剪切敏感液晶摩阻显示技术获得了起动激波串的首道激波的三维特征。     

风洞亚音速M数微调研究

本文研究了通过调节第二喉道截面积来微调风洞实验段马赫数的方法,并给出了其方法的控制参数。实验结果表明,此方法调节时间短、精度高。     

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。     

轴对称超音速进气道附面层控制实验研究

本文介绍了在缩尺比为1:10的超音速飞机轴对称进气道几何喉道附近的中心锥体表面上,开了槽宽为4δ的附面层吸除缝,在自由流马赫数M_∞=2.10,迎角α=0°,以及在相同的结尾激波位置,或相同的尾塞锥位R°,不同的附面层吸除量对进气道性能的影响的初步研究结果。实验证明,在R°=0.91～0.94或流量系数φ=0.90～0.94内,用0.01的进气道捕获流量的锥面附面层吸除量,进气道的总压恢复可比无附面层吸除提高4—5.8％;周向稳态畸变降低10～54％;喘振裕度在4°～8°下,可提高5～10％。文中还特别介绍了锥面附面层吸除对几何喉道下游的通道总压分布和马赫数分布的有利影响;不同尾锥位或不同结尾激波与放气区相对位置下,附面层吸除量对锥面或外罩内表面沿程的静压恢复的影响;解释了在超临界下,中心锥肩部放气效果最差,而在稍亚临界下,波后放气效果较好的原因。     

低温光谱实验中气动反应室装置——二维超声速微型风洞的设计

为了给气体分子低温光谱实验研究提供必要的超声速膨胀流动(低温)条件,本文阐述了有关的二维超声速喷管装置的流动分析和设计思想。综合分析实验对本装置的要求,选择了三种喷管设计情况:其喉道高度分别为0.5毫米、0.05毫米和0.2毫米;实验区内的气流温度为70K、15K 和70K;压力2266Pa、2133Pa 和2493Pa;质量流量达到38克/秒、37.6克/秒和29.9克/秒.     

一种特殊情形下风洞M≥1跨声速均匀流场的建立

在中国空气动力研究与发展中心高速所FL 24(1.2m×1.2m)跨超声速风洞中,通过采用减小风洞柔壁喷管喉道截面积的方法,成功地在风洞超扩段内装有大堵塞度六自由度机构情形下建立了均匀M≥1跨声速流场。流场校测结果表明,所获得的跨声速流场均匀性指标能满足试验要求,较为成功地解决了FL 24风洞进行跨声速CTS试验的问题,具有实际应用价值。     

高温高压喷管化学和热力学非平衡流计算

本文给出了高驻室压力条件下的化学、振动、电离非平衡喷管一维流动的方程组(包括 V-D 耦合和电离激发效应)。为了克服高压条件下喉道前空间推进步长小的困难,采用了局部平衡等效(?)的计算方法。对两类典型风洞(小尺寸电弧风洞和大尺寸激波风洞)进行了数值计算,并对不同驻室压力、V-D 耦合、电子激发效应、不同化学模型进行了研究。计算表明,高驻室压力能够有效抑制喷管的非平衡流动。在 P_0=200MPa,T_0=8000K 条件下,喷管出口的 O_2、N_2组分浓度已接近于实际大气。     

NF-6风洞马赫数控制系统研制

NF-6风洞是我国唯一一座增压连续式跨声速翼型风洞,为了提高实验雷诺数,在设计上还具有喷氮降温的功能。笔者介绍了NF-6风洞马赫数控制系统的组成、特点及运行方式,对转速控制子系统、压缩机静叶角控制子系统、二喉道栅指控制子系统等进行了较为详细的介绍。     

增设收缩截面后的爆轰驱动激波管性能研究

为提高前向爆轰驱动激波风洞的性能，采用在驱动段靠近主膜处增设一个收缩喉道的方法，以此来产生较为均匀的驱动气源。实验结果表明此方法有效地削弱了爆轰波后Taylor稀疏波的影响。     

先进跨声速风洞的设计技术

合理地设计当代跨声速风洞的稳定段、第二喉道、多喷嘴引射器、特殊的排气系统以及回流道等，对风洞获得低的噪声和低的湍流度、实现经济的增压运行、低的耗气量以及有效地控制和稳定试验段Ｍ数、降低风洞运转Ｍ数下限等都能起到显著的作用。