文档介绍：南京航空航天大学硕士学位论文
摘 要
高超进气道压缩面的气动设计实际上是压缩面与波系二者的组织过程,如何高效率地组织、利用激波或者压缩波来对气流进行压缩是设计高超进气道的关键。本文研究了一种新型的轴对称压缩曲面设计方法,它可以根据预先给定的沿程压升规律生成物理压缩面。设计中采用有旋特征线理论并结合 Taylor-oll(T-M)方程等按照给定的沿程压升规律逐步求解,最终得到物理压缩面及流场结构。该压缩面为内凹曲面,产生的激波为内凹弯曲激波,气流在经过曲激波后还经受了等熵压缩波的压缩,气流的压缩除了第一道激波压缩外,还有相当大程度的等熵压缩,故该流场具有较高的压缩效率。
研究了等压力梯度压缩规律设计的流场特性,结果表明:该流场为有旋流场,且离壁面不同距离的流线上的压升规律、马赫数分布规律以及密度分布规律均不同,不同位置的流线亦无相似性。
沿程压升规律直接确定了曲面的形状及性能,因此有必要研究压升规律对曲面性能的影响。曲面的压升规律多种多样,本文对曲面的压升规律进行分段设计,即分前段、中段及尾部进行设计,每段的压力梯度均为线性分布,且保证整个曲面的压力分布连续可导,该压升规律的确定需要五个设计参数。针对该压升规律,研究了五个设计参数对曲面性能的影响规律,结果表明:随着任何一个设计参数的增大,设计点曲面总压恢复系数下降、增压比增加、阻力系数增加、总压缩角增大及长高比增大,其中 K2、K3 的影响占主导地位;此外,这种内凹弯曲激波对来流马赫数不敏感。
基于设计参数对曲面性能的影响结果,建立了近似模型,并采用遗传算法对曲面进行了单点多目标及多点多目标优化设计,并得到了一系列最优解集。基于优化结果设计了新型高超轴对称进气道,对其进行了数值研究,并与常规三锥、锥加等熵轴对称进气道进行了比较。数值计算结果表明:本文条件下,该设计方法能有效缩短进气道的长度,较三锥进气道及锥+等熵进气道分别缩短 %、%;在设计点其总压恢复系数与三锥进气道相当;在接力点其流量系数比三锥、锥加等熵轴对称进气道分别提高 %、%,且对来流马赫数的变化不敏感; 其总压恢复系数比三锥及锥+等熵进气道分别提高 %、%;曲面轴对称进气道具有较好的攻角特性,对攻角的变化不敏感。体现了该新型进气道优越的总体性能。
关键词:高超声速轴对称进气道;优化设计;弯曲激波;曲面
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高超轴对称曲面压缩系统的初步研究
Abstract
The aerodynamic design pression surface in hypersonic inlet is essentially anization of the wall and shock system, so the key problem is how to ing flow with shock waves pression waves. This paper investigated a new method of designing pression surface, which can generate pression wall according given pressure distribution. In the designing, a step by step proce