二维超声速空气引射器启动特性试验研究

（静）超声速引射器是高空模拟试车台的重要组件,在发动机启动前利用引射器对试验舱预抽真空可避免发动机启动初始时刻燃气漏入试验舱造成燃气在发动机中分离,对获取发动机在高空环境下的完整推力特性具有重要意义。而该工况下超声速引射器的启动过程是引射器工作过程中最为恶劣的工况,设计不合理的引射器会导致启动压力过高甚至不能实现启动。建立了缩比超声速空气引射器试验台对超声速引射器的启动特性进行研究,采用压力测量方法结合纹影技术对超声速引射器处于极限启动压比时的流场进行了描述,研究结果表明混合室收缩比越小,引射器极限启动压比越低。同时给出了定位超声速引射器不启动原因的判据：当引射器不启动是由引射总压不足引起时,盲腔压力在引射总压提高时降低,并在临界启动状态下达到最小值;而由混合室收缩比过小导致的引射器不启动在引射总压提高时盲腔压力单调上升。     

二维超声速空气引射器启动特性试验研究

超声速引射器是高空模拟试车台的重要组件,在发动机启动前利用引射器对试验舱预抽真空,可避免发动机启动初始时刻燃气漏入试验舱造成燃气在发动机中分离,对获取发动机在高空环境下的完整推力特性具有重要意义。而该工况下超声速引射器的启动过程是引射器工作过程中最为恶劣的工况,设计不合理的引射器会导致启动压力过高甚至不能实现启动。建立了缩比超声速空气引射器试验台对超声速引射器的启动特性进行研究,采用压力测量方法结合纹影技术对超声速引射器处于极限启动压比时的流场进行了描述,研究结果表明混合室收缩比越小,引射器极限启动压比越低。同时给出了定位超声速引射器不启动原因的判据:当引射器不启动是由引射总压不足引起时,盲腔压力在引射总压提高时降低,并在临界启动状态下达到最小值;而由混合室收缩比过小导致的引射器不启动在引射总压提高时盲腔压力单调上升。     

二维超声速空气引射器启动特性试验研究

xxxx超声速引射器是高空模拟试车台的重要组件,在发动机启动前利用引射器对试验舱预抽真空可避免发动机启动初始时刻燃气漏入试验舱造成燃气在发动机中分离,对获取发动机在高空环境下的完整推力特性具有重要意义。而该工况下超声速引射器的启动过程是引射器工作过程中最为恶劣的工况,设计不合理的引射器会导致启动压力过高甚至不能实现启动。建立了缩比超声速空气引射器试验台对超声速引射器的启动特性进行研究,采用压力测量方法结合纹影技术对超声速引射器处于极限启动压比时的流场进行了描述,研究结果表明混合室收缩比越小,引射器极限启动压比越低。同时给出了定位超声速引射器不启动原因的判据：当引射器不启动是由引射总压不足引起时,盲腔压力在引射总压提高时降低,并在临界启动状态下达到最小值;而由混合室收缩比过小导致的引射器不启动在引射总压提高时盲腔压力单调上升。     

四支板超声速引射器性能特性试验

对二维喷管构型的四支板超声速引射器进行冷流试验,分析启动、负载匹配方面的性能特性。试验结果表明:启动特性方面,四支板超声速引射系统的盲腔压力低于3 kPa,引射器入口腔压的迟滞压力比启动压力低15.9%。负载匹配特性方面,四支板引射器在小引射系数、大增压比状态下具有十分明显的优势,当引射系数为0.04时,增压比为11.21;当引射系数为0.10时,增压比为7.0。因此,二维喷管构型的多支板超声速引射器具有良好的启动、负载匹配性能,工程应用潜力较大。     

二次流对超声速环型空气引射器真空度的影响

采用计算流体力学时间相关法求解二维轴对称Navier Stokes方程,数值模拟求解了二维轴对称超声速环型空气引射器流场。在前期工作基础上,探讨了零二次流时盲腔压强平衡的机理和二次流对引射器真空度的影响。计算表明,二次流对引射器的流场结构影响显著,与零二次流相比,少量的二次流将使引射器真空度大大下降。     

超声速调制气流声源声压级增益特性的理论与实验

通常认为,当气室压力提高到一定程度,调制气流声源声压级输出将趋于饱和。为了从基本原理上探讨进一步提高声源输出的途径,设计了收缩-扩张喷口,将调制作用上游的声速流动提高至超声速。理论分析表明,来流气压较高时,超声速调制优于声速调制,可获得一定的声压级增益。增益量随喷口面积比减小而增加。旋笛实验在调制频率较低时得到了超声速调制的声压级增益;调制频率较高时,受瞬态作用的影响,参与调制的气流很可能未完全发展为超声速流动,超声速调制与声速调制的旋笛性能相同。     

航空发动机在超声速引射系统中的应用分析

航空发动机可以对空气增压,并且增加气流温度,理论上存在应用于超声速引射系统的可能。分析了气源对引射器性能的影响以及引气对航空发动机的影响,介绍了3种航空发动机在超声速引射系统中可能的布局方案。针对某领域内的排气参数要求,分别对3种布局方案进行了计算分析。计算结果表明,当上游气体压强为0.044×10⁵ Pa和0.029 3×10⁵ Pa时,通过合理选择发动机的布局以及工作参数,发动机可以直接将上游气体排出或者作为驱动气源应用于超声速引射系统。     

二维超声速混合层的大涡模拟

对二维超声速混合层流动进行大涡模拟。采用五阶精度的WENO格式求解大尺度涡的控制方程,小尺度涡的作用采用Smagorinsky亚格子模型进行模拟。模拟结果再现了二维超声速混合层拟序结构,计算得到了涡组对、合并等现象。通过对流场不同位置压力振荡历程的频谱分析,对超声速混合层中的谐波变化规律作了初步探讨。计算得到的速度剖面的时均统计结果与实验结果相比,吻合程度较好。     

超声速、高超声速球锥组合体表面压强估算方法及其应用

改进并推广了一种有效的球头单锥组合体在超声速和高超声速流动情况下的表面压力分布算法 ,并利用该算法对若干来流条件下球头双锥组合体表面的压力分布进行了计算。计算结果与数值计算结果以及文献实验数据的比较表明 :本文介绍的方法不失为一种适用范围较宽、准确程度较高的工程算法     

三维超声速开式空腔振荡特性研究

采用时间3阶、空间5阶的高精度、高分辨率格式,对稳态来流条件下超声速开式空腔的非定常振荡特性进行数值研究。通过二维和三维空腔压力变化、声压级、振荡频率等参数的计算和分析表明:空腔内存在典型的压力振荡,振荡有近似的周期性,且变化规律较复杂,三维空腔对主振荡频率影响较小,但振荡强度有较大的不同。     

超音速环形引射器空气引射启动特性试验

建立了超音速环形引射系统,对环形引射器空气引射启动特性进行了试验研究.试验结果表明:管道马赫数越大,则系统启动压强越高,同时盲腔真空度越高;混合室收缩比越小,系统启动压强越低;若管道马赫数较大,而第二喉部长径比和亚音速扩压段面积比过小,引射器启动过程可能不稳定,甚至无法启动;混合室收缩比、环型引射器扩压管道参数对盲腔压强无影响.     

预冷却引射系统性能一维分析

根据引射器的一维设计理论可知,二次流在进入混合室之前进行预冷降温可以提高引射效率,增大引射系数,但引入预冷器会同时引起流动损失,故需要对引射系统进行性能评估。针对设有预冷器的引射系统,应用一维理论分析预冷对系统性能的影响,重点分析预冷增强效果与流阻减弱效果对引射效率的作用。研究发现:预冷器对引射系统同时带来冷却增强作用和流阻减弱作用,横截面积和换热面积是主要影响因素。预冷器存在临界横截面积,横截面积大于临界值时,换热面积越大,引射性能越高;反之,换热面积越大,引射性能越低。等压混合引射方案比等截面混合引射方案性能高,前者引射系数比后者大60%;预冷却能够有效提高引射性能,尤其是等截面混合引射方案,性能提高可达35.5%。     

火箭出口面积对RBCC发动机引射模态影响规律分析

火箭基组合循环发动机引射模态飞行状态复杂,为了提高发动机的整体性能,研究了火箭出口面积对发动机引射模态的影响规律。通过数值模拟研究,引射流量在低飞行马赫数条件下,主要受引射性能影响,火箭出口面积越大,引射性能越好。然而,随着飞行马赫数的提升,引射空气的动能提升,隔离段内出现壅塞情况,引射流量主要受限于隔离段几何尺寸,与火箭出口面积无关。在亚声速工况下,火箭出口面积越小,发动机比冲越低,且出口无量纲面积为3.15时,火箭羽流膨胀撞壁,会引起性能骤减,需要予以避免;在超声速工况下,选择面积较小的火箭出口面积,燃烧室内压越高,发动机性能提升越明显。     

再入体表面脉动压力环境的预测

在较宽的攻角范围内 ,考察了超声速和高超声速流场中一类球头双锥再入体表面脉动压力的分布特性 ,并基于超声速和高超声速流动情况下再入体表面的压力分布给出一套预测表面脉动压力分布的工程方法。利用该方法研究了马赫数、攻角、壁面温度等因素对再入体表面脉动压力环境的影响。计算结果表明 ,在本文的计算条件范围内 ,预测的均方根脉动压力系数分布与实验结果基本一致。     

超音速气流中热塑性复合材料壁板的非线性热颤振特性

热塑性复合材料结构在高速流场中的颤振行为是可重复使用航天器设计中需要考虑的问题.基于Mindlin厚板理论和Von-Karman大变形理论描述热塑性复合壁板结构大变形,超音速气动力采用活塞气动理论.考虑温度引起的壁板面内热应力和热塑性材料力学性能的改变.根据虚功原理和有限元法推导建立了热塑性复合材料壁板的热颤振模型,进...