论文题目: 非对称来流条件下超燃冲压发动机隔离段气动特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 航空宇航推进理论与工程
作者: 王成鹏
导师: 张堃元
关键词: 超燃冲压发动机,超声速非对称流,隔离段设计,激波串,弯曲隔板
文献来源: 南京航空航天大学
发表年度: 2005
论文摘要: 隔离段是超燃冲压发动机的一个重要气动部件。超声、高超声速进气道/隔离段一体化设计必须考虑进气道出口流场的影响,隔离段的气动特性研究应该在真实的、或者模拟的进气道出口流场下进行。 本文采用试验研究、数值模拟和理论分析相结合的方法对非对称超声速来流条件下隔离段流动进行了研究,设计了针对非对称超声来流矩形隔离段流场研究的直联式试验风洞,在模拟进气道出口流场的各种非对称进口条件下进行了吹风试验。以试验研究、基础性分析为主,辅以 CFD 数值模拟,利用获得的实验数据,对隔离段内流场进行了分析。对非对称进口条件下和对称进口条件下的隔离段流动状态进行了比较;研究了非对称进口条件下隔离段的设计方法;探索了非对称进口条件下提高隔离段耐受反压能力的措施以及在相同的反压和出口参数下,缩短隔离段长度的方法;最后还研究了在相同截面当量直径的前提下,不同截面形状对隔离段内激波串形状、长度的影响。 研究结果表明:随隔离段进口流动非对称程度的增加,激波串长度增加、隔离段耐受反压的能力下降,出口截面总压分布、马赫数分布也随之发生变化。在考虑隔离段进口流动非对称影响的基础上,对 Waltrup 的公式进行了改进,提高了激波串长度预测的精确程度。在隔离段进口非对称来流条件下,采用弯曲隔板,在不降低承受反压能力的条件下,可以将隔离段长度缩短 1/3左右,隔板的上弯高度随隔离段进口底板附面层厚度的增加而增加。对于非轴对称发动机内流通道,八边形隔离段是一个较好的选择,它可以缓解矩形隔离段角流区所造成的低速区影响,既缩短了隔离段长度,又没有增加管内的总压损失。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 进口流动“均匀”和“对称”的定义
1.3 本文研究目标
1.4 隔离段研究进展
1.4.1 隔离段早期研究
1.4.2 隔离段的“直联实验”
1.4.3 结合进气道/燃烧室的隔离段实验
1.4.4 隔离段流场的数值计算
1.4.5 激波串的自激振荡
1.4.6 国内隔离段研究现状
1.5 本文的主要研究内容
1.6 本文的创新点
第二章 试验设备与试验装置
2.1 隔离段试验风洞概述
2.2 隔离段试验风洞的组成
2.2.1 隔离段进口马赫数的选择
2.2.2 附面层发展段
2.2.3 隔离段和溢流窗
2.2.4 隔离段不同进口工况总结
2.3 参数测量与测量仪器
2.3.1 稳态压力测量
2.3.2 流场观察与记录
2.3.3 动态压力测量
2.4 隔离段平均流场描述
2.4.1 对称进口流动条件下隔离段流动
2.4.2 非对称进口流动条件下隔离段流动
第三章 数值计算方法与算例验证
3.1 引言
3.2 常用湍流模型
3.3 管内超声速流动算例考核
3.3.1 Fluent 在超声速扩压器流动中的数值计算
3.3.2 Carroll 的二维超声速风洞试验数值模拟
3.3.3 非对称来流条件下隔离段流场的数值模拟
3.4 小结
第四章 非对称来流隔离段流动试验结果与分析
4.1 引言
4.2 隔离段进口附面层参数的测量结果
4.3 隔离段进口非对称参数定义
4.4 隔离段上下壁面压力分布
4.5 隔离段上下壁面压力升高梯度
4.6 隔离段入口非对称度对下壁面压力分布的影响
4.7 隔离段出口流动参数分布
4.8 光学观察结果
4.9 隔离段壁面动态压力测量结果
4.10 本章小结
第五章 非对称来流隔离段流动的数值模拟
5.1 引言
5.2 描写隔离段流动的基本方程和湍流模型
5.2.1 隔离段流动基本方程
5.2.2 湍流模型
5.3 计算模型及计算网格
5.4 非对称来流隔离段流动计算结果及分析
5.4.1 流动概貌
5.4.2 隔离段激波串纹影照片与计算密度云图
5.4.3 隔离段流动压力分布特征
5.4.4 隔离段流动速度分布特征
5.4.5 非对称来流隔离段反压特性
5.4.6 进口非对称附面层对隔离段流动的影响
5.5 本章小结
第六章 缩短隔离段长度的设计方法研究
6.1 引言
6.2 非对称来流下带隔板的二维短隔离段研究
6.2.1 数值计算方法
6.2.2 均匀进口来流隔离段缩短长度研究
6.2.3 非对称进口附面层缩短隔离段的研究
6.2.4 结论
6.3 截面形状对隔离段流动的影响
6.3.1 四种截面形状的隔离段
6.3.2 数值计算方法
6.3.3 计算网格与边界条件
6.3.4 计算结果
6.3.5 结论
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 下一步研究工作的展望
参考文献
发布时间: 2005-07-08
参考文献
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