固体冲压发动机进气道流场特性数值分析

论文摘要

冲压发动机以其构造简单、重量轻、体积小、推重比大、成本低等一系列优点而成为下一代远程及超远程增程炮弹的首选动力装置。进气道作为其关键部件之一，其性能对整个弹丸的增程有重要影响，因此对其进行研究具有重要的科学意义和实用价值。本文对进气道进行了结构设计，设计参数为半锥角组合和扩压规律。其中半锥角组合分为单锥和双锥。选择半锥角的主要依据是获得较高的总压恢复系数，单锥时选取的半锥角分别为25°、30°和35°，双锥时的半锥角组合分别为20°-13°、22°-10°和22°-13°。扩压规律分为等扩张角、等面积比、等马赫数梯度、等压力梯度四种，通过相关计算和编程，获得了满足各扩压规律的母线形状。利用fluent软件对所设计的进气道在零攻角时的临界状态、超临界状态进行了二维流场的数值模拟，以及在4°攻角时超临界状态下的三维流场数值模拟，给出了流场的速度矢量图、压力等值线图、总压等值线图、压力分布图等。分析了结构参数对进气道的流场结构、总压恢复系数、流量系数和流场畸变的影响。本文的研究方法及结果可以为冲压增程炮弹的设计与实验提供一定理论指导，为深入研究奠定了良好基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外冲压发动机进气道研究进展
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 数值格式研究
• 1.4 复杂湍流的模拟研究
• 1.5 进气道的分类、性能参数及工作状态
• 1.5.1 进气道的分类
• 1.5.2 进气道的性能参数
• 1.5.3 进气道的工作状态
• 1.6 冲压增程炮弹对进气道的要求
• 1.7 本文主要工作
• 2 控制方程与计算方法
• 2.1 可压缩粘性无量纲N-S方程
• 2.2 初始条件与边界条件
• 2.3 CFD及计算软件简介
• 2.3.1 CFD简介
• 2.3.2 计算软件简介
• 2.4 网格的生成技术
• 2.4.1 结构化网格
• 2.4.2 非结构化网格
• 2.5 本课题研究中采用的计算方法
• 3 物理模型与边界条件
• 3.1 结构设计的相关理论
• 3.2 进气道结构设计
• 3.2.1 确定进口面积
• 3.2.2 选定半锥角
• 3.2.3 确定各级半锥角产生的锥形激波波角
• i和外角α_e的计算'>3.2.4 外罩前缘内角α_i和外角α_e的计算
• 3.2.5 超音速扩压段的建模过程
• 3.2.6 亚音速扩压段扩压规律设计
• 3.3 FLUENT相关参数设置
• 3.3.1 湍流模型
• 3.3.2 求解器设置
• 3.3.3 气体属性设置
• 3.3.4 边界条件
• 4 进气道流场数值模拟
• 4.1 临界状态下二维流场数值模拟
• 4.2 超临界状态下二维流场数值模拟
• 4.3 三维流场数值模拟
• 5 进气道性能特性分析
• 5.1 总压恢复系数研究
• 5.1.1 临界总压恢复系数
• 5.1.2 超临界总压恢复系数
• 5.1.3 有攻角时总压恢复系数
• 5.2 流量系数
• 5.2.1 零攻角时流量系数
• 5.2.2 有攻角时流量系数
• 5.3 流场畸变指数
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献