基于无源腔的单膨胀斜面喷管流动控制方法研究
批准号:
51306151
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
刘增文
依托单位:
学科分类:
E0602.内流流体力学
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
王占学、蔡元虎、屠秋野、曹铭栋、刘帅、龚昊、贾平安、强旭浩
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中文摘要
单膨胀斜面喷管在过膨胀状态时气流发生分离,推力显著下降并产生明显的低头力矩,是吸气式高超声速飞行器难以跨声速飞行的主要原因之一。针对此问题,本项目提出开展基于无源腔的单膨胀斜面喷管流动控制方法研究,通过三维数值模拟深入分析带无源腔的单膨胀斜面喷管流场细节,利用典型工况实验验证准确反映喷管和无源腔流动形态的计算模型,分析不同落压比条件下无源腔的孔径、孔深、孔型、开孔率和开孔范围对单膨胀斜面喷管的流动分离区域、推力性能和矢量角影响的关联关系。通过研究,能掌握单膨胀斜面喷管中无源腔结构抑制和增强流动分离的机理,明确无源腔法在单膨胀斜面喷管中的适用落压比范围,建立无源腔结构最优设计准则,为该法在单膨胀斜面喷管上的应用奠定基础。同机械法和主动流动控制法相比,无源腔法结构简单、重量轻且工作可靠、将是单膨胀斜面喷管的重要技术组成,本研究将为吸气式高超声速推进系统的喷管设计乃至高超声速飞行技术提供支撑。
英文摘要
The flow separation of the single expansion ramp nozzle(SERN) under serious over-expasion ratio condition, which causes marked deterioration of performance and undesirable pitch moment, is a crital technical bottle-neck to achieve aerocraft transonic flight. To settle the issue, the program will carry out the research on flow separation control mechanism of SERN based on passive cavity. Compared with traditional mechanical control and active flow control, passive cavity control method shows its advantage on lowing the complexity and weight of SERN by eliminating mechanical control components and secondary flow tubes. Based on theoretical analysis, numerical simulation and experimental measurements, the in-depth understanding of the flow mechanism of enhanced separation and alleviated separation inside and outside the nozzle with the passive cavity will be obtained, and an acceptable passive cavity caculation model will be investigated. the relationships between characteristic parameters (including flow separation zone of SERN, thrust performance and vector angle) and the affecting parameters including aerodynamic and geometric parameters will be clarified to determine the cavity design parameters which optimize the performance of the nozzle in the wide flight envelope. The research will provide the sound scientific basis for the integration design of the airbreathing hypersonic propulsion system.
单膨胀斜面喷管(SERN)在过膨胀状态时气流发生分离,推力显著下降并产生明显的低头力矩,是吸气式高超声速飞行器难以跨声速飞行的主要原因之一。针对此问题,本项目提出开展基于无源腔的SERN流动控制方法研究。研究成果可为吸气式高超声速推进系统的喷管设计乃至高超声速飞行技术提供支撑。. 本项目基于特征线方法设计了SERN气动型面,采用数值模拟和模型试验相结合方法,通过数值模拟深入分析了原型及带无源腔的SERN流场细节,利用典型工况实验验证准确反映了喷管和无源腔流动形态的计算模型;数值和实验研究了不同落压比条件下无源腔的孔型、开孔率、孔径、腔深、无源腔大小和位置对SERN的流动分离区域、推力性能和矢量角影响的关联关系。通过研究,掌握了SERN中无源腔结构抑制和增强流动分离的机理,明确无源腔法在SERN中的适用落压比范围,确定了对改善过膨胀状态下SERN的关键无源腔设计参数。. 试验及数值模拟结果表明:孔板开孔率对无源腔SERN内部流场有重要的影响,随开孔率的增加,喷管轴向推力系数降低。在相同的开孔率条件下,孔径的变化和腔深的变化对无源腔SERN的影响较小,喷管轴向推力系数基本保持不变。无源腔在喷管上膨胀斜面的某一位置处时,存在最佳的无源腔大小结构,使喷管性能最佳。无源腔在喷管上膨胀斜面不同位置时,存在促进流动分离或抑制流动分离的作用。. 无源腔结构的存在促进SERN上膨胀斜面流动的分离,形成稳定回流区,影响喷管上膨胀斜面压力分布,提高喷管的轴向推力系数,同时不会带来低头力矩的恶化。高超声速飞行器后体喷管流场的三维效应不可忽视。对于原型喷管,在一定落压比范围内,二维模型所计算的轴向推力系数比三维带侧壁后体喷管构型偏大。无源腔结构参数变化对SERN的影响规律的三维数值模拟结果与二维数值模拟结果趋势一致。在相同的开孔率条件下,不同的孔板形式的无源腔结构对喷管性能影响基本相同,在实际运用中可使用结构简单的长孔型孔板形式的无源腔结构。
期刊论文列表
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DOI:--
发表时间:2014
期刊:航空学报
影响因子:--
作者:王占学;刘增文;张晓博;高翔
通讯作者:高翔
Numerical study of passive cavity control on high-pressure ratio single expansion ramp nozzle under over-expansion condition
过膨胀工况高压比单膨胀斜坡喷嘴被动型腔控制数值研究
DOI:10.1177/0954410015611152
发表时间:2016-06
期刊:PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART G-JOURNAL OF AEROSPACE ENGINEERING
影响因子:1.1
作者:Zhou Li;Liu Zengwen;Wang Zhanxue;Xiao Hua
通讯作者:Xiao Hua
DOI:--
发表时间:2015
期刊:推进技术
影响因子:--
作者:刘帅;王占学;周莉;刘增文
通讯作者:刘增文
DOI:--
发表时间:2015
期刊:航空动力学报
影响因子:--
作者:周莉;肖华;王占学;刘增文
通讯作者:刘增文
DOI:--
发表时间:2015
期刊:工程热物理学报
影响因子:--
作者:王占学;周莉;史经纬;章叶川
通讯作者:章叶川
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