非常规隔离段流场特征与气动性能的数值研究

论文摘要

隔离段是高超声速推进系统关键的气动部件之一,其性能影响着推进系统的稳定工作裕度。隔离段截面形状、隔离段长度与当量直径比是影响隔离段性能的两个主要因素,本文在长度与当量直径比相同的前提下,对三种不同截面类型的隔离段(椭圆形隔离段、方转椭圆隔离段和矩形隔离段)进行了三维数值仿真。分析了不同截面形状下隔离段的流场特征,总结了截面形状变化对隔离段性能影响的规律,给出了不同来流条件下隔离段出口参数的变化趋势,可以为今后非常规隔离段的设计提供参考。首先分析了隔离段截面形状对其内部流场特征的影响。研究发现,不同截面形状的隔离段,其流场特征和激波串结构不同,进而影响其抗反压能力。结果表明,在均匀来流条件下,当来流马赫数小于2时,流场和激波串结构基本对称;当来流马赫数大于2时,流场和激波串结构出现不对称,此时激波串不再关于隔离段几何中线对称,随着来流马赫数增大,这种不对称现象加剧。其次研究了隔离段截面形状对其气动性能的影响。对比分析发现,椭圆形隔离段抗反压能力较强,方转椭圆隔离段次之,矩形隔离段最弱。其中椭圆形隔离段的抗反压能力随着长短半轴比减小逐渐增强,当长短半轴比为1时(即圆形),隔离段的抗反压能力最强;方转椭圆隔离段的抗反压能力受截面变化规律影响很大;矩形隔离段的抗反压能力则随着宽高比增大而减弱。同时结果表明,隔离段截面形状对出口马赫数和温升比基本没有影响,而对出口总压恢复影响显著。其中,圆形隔离段总压恢复最大,方转椭圆隔离段总压恢复最小。最后研究了来流条件对隔离段性能的影响。结果表明,随着来流马赫数增大,隔离段抗反压能力逐渐增强,而出口总压恢复和马赫数减小,温升比升高。研究发现,对于椭圆形隔离段,在不同来流马赫数下,当隔离段承受最大反压时,出口马赫数基本相同。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究情况
• 1.2.2 国内研究情况
• 1.3 本文主要工作和求解方法介绍
• 1.3.1 本文主要工作
• 1.3.2 求解方法介绍
• 第二章 椭圆形隔离段反压特性研究
• 2.1 隔离段工作原理
• 2.2 计算模型和计算条件
• 2.3 隔离段流场特征分析
• 2.3.1 椭圆形隔离段的激波形态和气流分离特征
• 2.3.2 反压对椭圆形隔离段激波形态和气流分离的影响
• 2.3.3 来流马赫数对椭圆形隔离段激波形态和气流分离的影响
• 2.3.4 椭圆长短半轴比对隔离段流场的影响
• 2.4 反压特性
• 2.5 马赫数特性
• 2.6 小结
• 第三章 非对称来流条件下椭圆形隔离段反压特性研究
• 3.1 计算模型和计算条件
• 3.2 隔离段流场概貌
• 3.2.1 隔离段入口流场
• 3.2.2 隔离段流场特征
• 3.3 隔离段反压特性分析
• 3.3.1 圆形截面隔离段反压特性
• 3.3.2 E2.5 椭圆截面隔离段反压特性
• 3.4 小结
• 第四章 矩形隔离段反压特性研究
• 4.1 计算模型、网格及计算条件
• 4.2 激波形态及气流分离特征
• 4.2.1 来流条件对激波形态和气流分离的影响
• 4.2.2 反压对激波形态和气流分离的影响
• 4.3 反压对隔离段出口参数的影响
• 4.4 小结
• 第五章 方转椭圆隔离段流场初步研究
• 5.1 计算模型和计算条件
• 5.2 宽高比1.5 矩形进口隔离段流场特征
• 5.2.1 圆形出口隔离段流场特征
• 5.2.2 椭圆形出口隔离段流场特征
• 5.2.3 反压特性分析
• 5.3 宽高比6.0 矩形进口隔离段反压特性分析
• 5.4 小结
• 第六章 隔离段性能对比分析
• 6.1 隔离段截面形状对激波形态的影响
• 6.2 截面形状对隔离段反压特性的影响
• 6.3 截面形状对隔离段出口性能参数的影响
• 6.4 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间发表的学术论文