XTER内收缩组合进气道设计理念及气动特性

组合循环发动机的进气道特性是决定整体方案可行性的关键因素之一。本文针对XTER(Xiamen Turbine Ejector Ramjet)组合动力总体需求,详细梳理了XTER内收缩组合进气道的设计理念及设计要素,在此基础上重点分析了该组合进气道的流动结构及特性规律。结果表明,XTER组合进气道各设计要素及设计约束相互耦合,分流调节机构是组合进气道设计的核心,其设计难度高且使设计要素的相互制约问题更为突出。在全速域马赫数0～6范围内,XTER内收缩组合进气道的流动结构差异显著,但总流量系数均维持在0.75以上,有效保障了组合发动机的流量捕获,且分流调节机构能够实现模态转换过程中流量的平稳过渡。在马赫数2.5涡轮-引射亚燃模态转换过程中,引射亚燃通道及超燃通道总压恢复均稳定上升,在模态转换完成时总压恢复均接近或超过0.85。在区间马赫数3～4.5的引射亚燃-超燃模态转换过程中,进气道总流量系数由0.81提升至0.90,引射亚燃通道在前62.5%的进程中保持较高的总压恢复性能,表明该通道在前半程的模态转换过程中仍具有较强的工作能力。综合来看,XTER内收缩组合进气道的气动特性能够满足动力方...     

大涵道比涡扇发动机TPS短舱低速气动特性分析

为了评估民机低速带动力试验时进排气效应的影响,选取大涵道比发动机涡轮动力模拟器(TPS)短舱和真实发动机短舱作为研究对象,采用数值模拟方法对其起飞、进近状态的低速气动特性进行对比分析。结果表明:由于TPS流量低于真实发动机需求,其唇口、外罩流场特征和真实发动机短舱有所不同,阻力特性也有差别;在进气道处于亚临界状态时,TPS短舱阻力系数比真实短舱大了约1.7个阻力单位,又由于唇口当地气流攻角更大,使得TPS短舱失速攻角相对降低了约1.0°;当进气道工作于超临界状态时,TPS短舱虽然也可以反映真实短舱的流动特性,但由于捕获流管收缩情况和气流驻点随攻角的变化,使得在0°~20°攻角时TPS短舱的阻力系数高于真实短舱,而在20°~30°攻角时其阻力系数略低,差量最大约为1.8个阻力单位。对于研究的大涵道比发动机,未经唇口及外罩修正的TPS短舱其低速气动特性基本可以反映真实进排气效应的影响,但在气动特性分析中可以考虑进一步修正进气效应的影响。     

进气道风洞试验气体流量计实况校准技术

为更精确地测量飞行器进气道风洞试验中流量参数,对进气道低速风洞试验中使用的小流量气体流量计开展实况校准方法研究,在FL-8风洞研制了一套工作压力小于0.1MPa,喷嘴Ma≤1,进气流量m≤2kg/s的基于音速喷嘴的可移动流量计校准系统。考虑到雷诺数与马赫数对流出系数的影响,采用依据实际风洞试验流量计工作状态参数的原则选取校准点;采取在流量计实际工作地点校准的方式以减小系统误差,校准后直接安装进气道模型进行风洞试验。试验结果表明：该校准方法重复性和装置稳定性良好,解决了现有流量计校准与实际试验中流动状态不一致,造成流出系数不准确的问题。有校准修正的流量要比无校准修正的流量相差2%～3%,由此引起进气道的性能参数差量达1%～2%。因此,该实况校准方法可有效减小测量误差,提升进气流量测量精准度。     

高超声速进气道起动问题的理论判据新认识

为了判断进气道起动马赫数,基于Kantrowitz起动判据,联系激波关系式和流量连续方程得到一系列等值线,将等值线推广到有入射激波和低马赫数溢流的情况。结果表明这些等值线具有以下特性:等值线连接进气道的内收缩比和总收缩比;等值线是等总压恢复线和等流量线;等值线可由Isentropic曲线方程乘于进气道内收缩段自起动时总压恢复的倒数得到;存在入射激波的起动等值线在设计状态等值线的右侧;有低马赫数溢流的起动等值线在设计状态等值线的左侧;等值线提供了一种联系Kantrowitz和Isentropic曲线的方法。根据以上特性,将等值线应用于高超声速进气道起动问题,并通过实例应用文中的理论判据评估无粘条件下混压式多楔二元进气道来流起动马赫数理论值,与CFD结果吻合较好,误差小于2%,初步探索了理论快速估算进气道起动马赫数的可行性。     

超声速进气道压力估算方法及验证

进气道载荷的预示和限制是超声速飞行器设计中的关键问题。以典型颌下进气超声速飞行器为研究对象,对其进气道流场进行数值仿真,研究不同马赫数、攻角、侧滑角及余气系数条件下的进气道压力特性;针 对进气道压力工程估算及设计需求,使用无量纲和解耦的方法,对进气道压力经验公式进行拟合;反算飞行试 验中的进气道压力,并与测量结果进行对比。结果表明:进气道压力随马赫数增大而增大,随余气系数增大而 减小;正常工作包线内,较小的攻角、侧滑角对进气道压力影响不明显;进气道压力经验公式计算值与飞行试验 测量值符合较好,具有较高的精度。     

槽对超声速混压式进气道性能及附面层的影响

为了提高定几何超 声速混压式轴对称进气道的性能，应用在进气道不同位置开槽的方法 ，研究了在各级锥体上、锥体的折角处开槽时锥体上的附面层变化；研究了多工况下开槽对进气道的总压恢复系数、流量系数、冲压比和起动性能产生的影响。结果表明开槽将改变超声速进气道头锥上的波系分布，使槽后附面层厚度增加。折角处开槽槽后附面层厚度比原型进气道增加16.7%，锥体上开槽比原型进气道增加33.3%。开槽使高马赫数下的总压恢复系数有所增加，其增加量随来流马赫数的变化而变化。在马赫数为4.0的设计状态下，折角处开槽可使进气道的总压恢复系数提高1.8%，锥体上开槽可以提高4.3%。之外，锥体折角处开槽对流量系数影响不大，还可以改善进气道的起动性能，降低起动马赫数。     

进气道畸变指标的分析和模拟

流场匹配是进气道和发动机一体化设计中的重要问题.为衡量畸变流场的气流不均匀程度,国内外均采用各种不同的畸变指标.本文分析了各种畸变指标的特点,并通过流场典型化的方法,建立了各种指标定义之间的相互关系式;并用本文和国外文献中的试验数据验证了所确定关系式的有效性.文中还介绍了采用网格模拟稳态畴交流场时的一些试验结果.试验表明:网格法模拟稳态畸变流场时应考虑到边界层和掺混区对畸变指标的影响.另外畸变流场中的测点布局,包括测耙与低压区的相对位置以及测耙数目等,对畸变指标值的确定是有较大的影响,可形成畸变指标值的偏差达10—25%左右.