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典型高超声速进气道的不起动特征研究

作　者: 李留刚
导　师: 谭慧俊
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 高超声速进气道不起动喘振时‐频分析小波变换预警变化检测算法
分类号: V211.48
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 97次
引　用: 1次
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内容摘要

进气道是吸气式高超声速冲压发动机的关键气动部件之一,起动是其正常、高效工作的前提。当高超声速进气道处于不起动状态时,对发动机和飞行器而言是非常不利的。然而,由于导致进气道不起动的原因相当复杂,实际应用中进气道的不起动状态(喘振)往往难以避免。因此,有必要对高超声速进气道的不起动状态进行深入研究,掌握相关流动和信号特征,并探索进气道不起动状态的预测方法。本文首先对二元高超声速进气道起动和不起动状态进行了仿真研究,并和相关的实验结果进行了对比。结果表明,两者在流态及壁面静压沿程分布方面有着较好的一致性,证明了本文所采用的仿真方法是可行的。而后,采用同样的仿真设置方法对二元和侧压式高超声速进气道不起动过程进行了非定常仿真研究,获得了两类进气道不起动状态的非定常流动特征。其次,针对某具体的二元高超声速进气道,仿真研究了不同的几何参数和来流参数,如堵塞度、突扩通道长度、后台阶高度、来流总温及来流马赫数等,对该进气道喘振特性的影响规律,并试着分析了其原因。最后,给出了实验获得的某二元高超声速进气道由起动到不起动全过程的壁面压强信号,利用短时傅立叶变换及小波变换等时‐频分析方法对其进行了信号特征分析,获得了信号的时‐频特性,并利用CUSUM和GLR变化检测算法对进气道的喘振进行了预测,发现两种算法均可在大喘发生前约220ms发出警报,初步表明了该喘振预警思路的可行性。?

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-22
  1.1 研究背景及意义  12-13
  1.2 国内外进气道不起动特征的研究现状  13-20
    1.2.1 不起动的流态特征研究  13-15
    1.2.2 不同因素对喘振特性的影响  15-17
    1.2.3 不起动的信号特征研究  17-20
  1.3 本文的工作  20-22
第二章典型高超声速进气道不起动流态特征仿真研究  22-49
  2.1 数值方法介绍  22-24
    2.1.1 三维N-S 方程组  22-23
    2.1.2 湍流模型方程  23
    2.1.3 有限体积法  23-24
    2.1.4 壁面函数法  24
  2.2 算例验证  24-29
    2.2.1 模型及实验条件介绍  24-26
    2.2.2 网格生成和边界条件  26
    2.2.3 仿真设置  26-28
    2.2.4 结果分析  28-29
      2.2.4.1 起动流态  28
      2.2.4.2 不起动振荡流态  28-29
  2.3 二元高超声速进气道不起动流态特征仿真研究  29-38
    2.3.1 仿真模型及仿真设置介绍  29-31
    2.3.2 仿真结果分析  31-38
      2.3.2.1 起动流态  31-32
      2.3.2.2 不起动振荡流态  32-38
  2.4 侧压式高超声速进气道不起动流态特征仿真研究  38-45
    2.4.1 仿真模型介绍  38-39
    2.4.2 网格生成及仿真设置  39-40
    2.4.3 仿真结果分析  40-45
  2.5 二元和侧压式高超声速进气道不起动流态特征对比  45-47
  2.6 小结  47-49
第三章几何参数对二元高超声速进气道喘振特性的影响  49-58
  3.1 仿真模型介绍  49
  3.2 各几何参数对二元高超声速进气道喘振特性的影响规律  49-57
    3.2.1 不同堵塞度TR 的影响  49-52
    3.2.2 不同突扩通道长度L 的影响  52-54
    3.2.3 不同后台阶高度H 的影响  54-57
  3.3 小结  57-58
第四章来流参数对二元高超声速进气道喘振特性的影响  58-64
  4.1 仿真模型及仿真设置介绍  58
  4.2 各来流参数对二元高超声速进气道喘振特性的影响规律  58-62
    4.2.1 不同来流总温T*0的影响  58-60
    4.2.2 不同来流马赫数Ma 的影响  60-62
  4.3 小结  62-64
第五章二元高超声速进气道不起动信号特征分析及喘振预警  64-75
  5.1 “起动→不起动”过渡过程的动态信号特征分析  64-69
    5.1.1 时-频特性分析方法  64-65
    5.1.2 过渡过程中典型测点压强信号的时间历程  65-67
    5.1.3 壁面静压信号的时-频特性分析  67-69
  5.2 基于变化检测的进气道喘振状态预警  69-74
    5.2.1 变化检测算法简介  70
    5.2.2 基于CUSUM 算法的分析结果  70-72
    5.2.3 基于GLR 算法的分析结果  72-74
  5.3 小结  74-75
第六章结论和展望  75-77
  6.1 结论  75-76
  6.2 工作展望  76-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
在学期间的研究成果及发表的学术论文  81

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