Experimental investigation of flow and distortion mitigation by mechanical vortex generators in a coupled serpentine inlet-turbofan engine system

The performance of compact, aggressive ducts in advanced propulsion systems is limited by the internal flow separation coupled with the formation of secondary counter-rotating vortices that give rise to intensive flow distortions at the duct exit. An experimental investigation was conducted to study the flow field and passive suppression of flow separation and Aerodynamic Interface Plane (AIP) distortion in a serpentine air inlet duct. Tests were performed by a turbofan engine at several Engine Operating Points (EOPs) from 56% (idle) to 100% (max). A large total pressure deficit region arose at the upper part of the AIP, which was associated with the upper surface flow separation. Using the new mechanical S-type vortex generators in two longitudinal positions (VG1 and VG2), separation and loss were diminished at the upper part of the duct and AIP. The VG2 arrangement attained the maximum reductions in distortion coefficients which were 73.72%, 60.7% and 37.8% in DC(90°), DC(60°) and ΔP_C/P metrics, respectively. In the next step of the study, some unsteady aspects of the flow field were analyzed inside the duct. The separation onset and reattachment points were determined by the standard deviation of static pressure on the upper surface. The AIP spectral distribution showed that the boundary of low pressure and high pressure recovery regions was dominated by the maximum fluctuations. Furthermore, the PSD diagram of several probes at AIP revealed the vortex shedding frequency and its higher harmonics at separation region. The energy content of distinct unsteady spectral features in the bare configuration was significantly reduced using VGs, which showed the improvement of flow at the duct exit.     

马赫数4～7的高超侧压式进气道气动设计与性能

对巡航马赫数为7、转级马赫数为4的宽范围侧压式进气道进行了设计,讨论了主要设计参数的选取原则,给出了一种曲面压缩的高性能侧压式进气道设计方案,并利用数值仿真手段对其流场结构及性能进行了研究.结果表明,所设计的侧压式进气道在马赫数Ma=4时的流量系数达到0.753,最大正攻角可达6°以上.Ma=6时,流量系数达到0.94...     

黏性彻体力建模方法及其应用

研究了将Navier-Stokes方程中黏性项简化为黏性彻体力的建模方法,并将该模型加入已有的计算流体力学(CFD)程序中,实现了用三维欧拉方程加黏性彻体力模型快速模拟叶轮机三维非定常流动的方法.使用该方法对进气周向总压畸变条件下的某双级压气机非定常流场进行了模拟,并与雷诺平均的Navier-Stokes(RANS)程...     

阻尼材料在结构裂纹修理和预防上的应用

以某型飞机在使用过程中频繁出现进气道铆钉松动、蒙皮裂纹、铆钉裂纹等故障为研究对象,运用飞机气动弹性力学理论进行了分析研究,找出故障发生的原因,提出在进气道蒙皮上加装阻尼层的新方法。验证表明,该方法能有效地弥补设计缺陷、延迟金属材料老化及预防性修理机体结构裂纹。     

发展用于高速飞行器前体/进气道匹配设计的逆特征线法

发展了一个可以在给定激波形状的条件下得到相应型面的逆特征线法,解决了前人方法求解鲁棒性和精度差的问题.对于一个非均匀超声速来流下给定形状的激波,该方法可求解出能生成该激波的气动型面及依赖域流场.数值校验表明:在马赫数为5的来流条件下逆特征线法按给定的圆锥激波计算的圆锥形状(锥顶角)相对误差小于0.5‰;通过两级轴对称激波的流场校验计算,可精准地求解出对应于此流场的两级外压缩圆锥.应用该方法设计了3个气动问题的造型:具有两级激波的Bump型面、马赫数为4的乘波前体以及乘波前体与进气道一体化造型.流场CFD计算结果显示这些造型设计效果良好,说明该逆特征线法可为这些问题的提供了一种途径.     

高超声速飞行器前体/进气道参数重要性测度

针对机体推进高度一体化的吸气式高超声速飞行器前体/进气道相关参数对其性能指标的独立和交互作用问题,基于回归模型和二阶混合中心矩理论,以总压恢复系数为性能指标,提出了参数重要性测度新方法。设计了二维混压楔形前体/进气道变几何构型方案并给出重要性测度模型,定量和定性地对参数重要性进行了对比和分析。研究结果表明:前体/进气道相关参数间具有强的非线性作用,交互作用非常显著,独立作用可以忽略不计,且重要性测度模型易于扩展。     

进气道中激波-边界层干扰特性研究

针对高超进气道中激波/边界层干扰等现象,选取了24°压缩拐角及二维高超进气道DLR-GK01等算例,比较研究了混合网格并行数值模拟软件中SA、SST、TNT三种湍流模型对激波/边界层干扰等现象的模拟能力,主要考察了不同湍流模型对流场结构、壁面压强以及壁面摩阻的影响。结果表明:三种湍流模型在模拟大分离流场时存在不同的流动分离特性,TNT湍流模型较SST和SA湍流模型模拟的分离起始位置、分离区大小及边界层厚度与实验吻合度最好。     

某型飞机进气道有限元应力及振动疲劳分析

针对某型飞机进气道经常出现的蒙皮裂纹、铆钉断裂等现象,通过建立飞机进气道有限元模型,对进气道进行了有限元应力分析及振动疲劳分析。根据分析结果提出了改进方案,通过计算验证、改进方案能有效降低裂纹多发部位的应力水平、增加振动疲劳寿命。     

高超侧压进气道溢流方案的改进与分析

为了提高高超侧压进气道的性能,通过在其侧板上方添加盖板与在底板开槽的方式对其溢流方案进行了改进.对原型与改型进气道进行了来流Ma =4 ～7流场的数值模拟,并对两进气道进行了Ma =4时不同攻角下的起动性能试验.结果表明,低马赫数时(Ma =4,5),在总压恢复系数基本保持不变的前提下,改型进气道的流量系数较原型进气道获得大幅提升,Ma =4时,提高20.6％,Ma =5时,提高11.5％.在流量系数增加的同时,起动性能也获得大幅提升,来流为Ma =4时,由-2°攻角下起动提升为+4°攻角下依然可以实现起动.由于溢流方案的改进针对低马赫数时的进气道流场,在高马赫数时(Ma =6,7),进气道的性能基本不变.研究表明,抑制侧板间溢流的同时引入底板溢流的方式是提高高超侧压进气道综合性能的有效途径.     

唇口斜切修型对S形进气道RCS影响

采用基于迭代物理光学法与等效边缘电磁流法的雷达散射截面计算程序,分析了水平、垂直两种极化方式下唇口斜切修型对菱形进口S形进气道边缘绕射场及腔体内部散射场的影响。计算结果表明：在水平、垂直两种极化方式下,斜切修型可有效降低边缘绕射场的雷达散射截面,但随斜切角度的增大,其减小幅度降低;正负斜切角度对应的绕射场雷达散射截面分布关于0°探测角对称;斜切修型对腔体内部散射场的影响较小。