非对称来流下隔离段流动特性研究

论文摘要

高超声速进气道/隔离段一体化设计必须考虑进气道实际出口流场,所以隔离段的流动特性研究应在符合工程实际的非均匀进口流动条件下进行。为了探讨非对称来流下矩形隔离段内动态压力特性,用直联实验方式以及动态压力测量技术进行了试验,并用统计分析方法分析了数据,得出了非对称来流下隔离段壁面压力脉动动态特性。其次,为了辅助实验分析非均匀来流下隔离段内部流场细节,对非均匀对称与非对称来流下的隔离段内流动进行了三维数值模拟,获得了实验没有测量的参数分布特征。在此基础上,为了提高隔离段耐反压能力以及缩短隔离段长度,在隔离段进口处放置平直斜楔,对非对称来流下加斜楔隔离段内流动进行了三维数值模拟,获得了加斜楔隔离段的抗反压能力特征以及加斜楔后隔离段的缩短量。研究结果表明:入口来流的非对称性对上下壁面压力脉动大小以及传播平均速度有较大影响,而对频率无多大影响。激波串区域内壁面压力脉动向下游传播比向上游传播衰减得快。在隔离段出口超声速条件下,观测到的压力脉动频率主要在70Hz以下,而在出口亚声速条件时,压力脉动的频率不仅有70Hz以下的部分,而且还有100Hz～200Hz之间的部分。由于入口来流的非对称性,隔离段内分离区的分布上下不对称。同时由于激波的三维效应,激波串区域内存在较为明显的二次流。而隔离段长度不变时,通过合理的斜楔设计,隔离段耐反压能力得到较大提高,而且斜楔放置在厚附面层一侧更能改善隔离段耐反压性能。在数值模拟条件下可不降低隔离段承受反压的能力而将其长度减小35%左右。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国外学者对隔离段流动的研究
• 1.2 隔离段流动国内研究动态
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 非对称来流下隔离段动态压力特性研究
• 2.1 引言
• 2.2 隔离段进口马赫数的选择
• 2.3 实验设备及模型
• 2.4 实验参数测量仪器
• 2.4.1 双镜反射式纹影系统
• 2.4.2 稳态压力与动态压力测量
• 2.5 实验结果与分析
• 2.5.1 纹影观测结果
• 2.5.2 稳态压力测量结果
• 2.5.3 动态压力测量结果
• 2.5.3.1 压力脉动
• 2.5.3.2 互相关分析
• 2.5.3.3 功率谱分析
• 2.5.3.4 出口边界的影响
• 2.6 本章小结
• 第三章 非均匀来流下隔离段内流动数值模拟
• 3.1 矩形截面隔离段算例验证
• 3.1.1 算例介绍
• 3.1.2 计算结果与分析
• 3.1.3.结论
• 3.2 非均匀超声速来流下隔离段内流动数值模拟
• 3.2.1 对称来流下隔离段内流动的数值模拟
• 3.2.1.1 计算模型及网格
• 3.2.1.2 计算结果及分析
• 3.2.2 非对称来流下隔离段内流动的数值模拟
• 3.2.2.1 计算模型及网格
• 3.2.2.2 计算结果及分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 非对称来流下带斜楔的短隔离段研究
• 4.1 引言
• 4.2 数值计算方法
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 斜楔改善隔离段耐反压性能的机理
• 4.3.2 斜楔长高参数对隔离段耐反压性能的影响
• 4.3.3 斜楔放置位置对隔离段耐反压性能的影响
• 4.3.4 斜楔几何参数对隔离段缩短量的影响
• 4.3.5 加斜楔后隔离段出口均匀性
• 4.3.6 非设计进口来流条件下加斜楔隔离段的耐反压性能
• 4.4 结论
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文