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宽马赫数凹曲激波压缩进气道型面变几何研究

作　者: 甘宁钢
导　师: 张堃元
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: 高超声速进气道凹曲激波压缩面型面变几何弹性变形流固耦合形状记忆合金
分类号: V211.48
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

凹曲激波曲面压缩系统具有长度短、阻力小、低马赫数性能高、适应非均匀来流能力强等优点，是未来吸气式高超声速推进系统理想的压缩方式。为适应进气道宽马赫数范围工作要求，论文针对凹曲激波压缩这种新型的高超声速曲面压缩系统研究了采用弹性材料实现型面变几何的可行性与实现方案。文中首先从气动角度分析了凹曲激波压缩进气道的型面变几何工作原理，通过与定几何曲面压缩进气道的性能比较表明了变几何方案的气动优越性；其次从结构角度提出了三种从隔离段引气驱动型面变几何的实现方案，并讨论了各自的应用特点。论文采用理论分析与数值模拟方法研究了型面变几何进气道的结构变形与流场参数计算方法，并将外压段压缩面独立出来简化为悬臂梁，推导了任意载荷下的曲面变形挠曲线方程，从理论角度研究了变形量与流场参数耦合的分析方法；为了解复杂型面在高超声速气流中的变形过程，结合流体计算软件与结构计算软件对型面变几何进气道进行了流固耦合计算研究，给出了宽马赫数飞行条件下激波始终贴口的型面变几何进气道设计方法与调节规律。论文最后对弹性板构成的可调弯曲激波压缩面开展了风洞实验研究，测量了在单个集中力驱动下压缩面变形过程中的流场参数（包括压缩面沿程压力分布、压缩面出口参数等）随压缩面弯曲程度的变化规律。此外，还通过实验初步探索了应用智能材料驱动压缩面变形的可行性，获得了将记忆合金丝作为压缩面变形执行元件的响应特性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章绪论  14-27
  1.1 研究背景  14-16
  1.2 凹曲激波压缩方式  16-18
  1.3 变几何进气道方案  18-25
  1.4 本文主要内容  25-27
第二章凹曲激波压缩进气道型面变几何方案分析  27-36
  2.1 凹曲激波压缩面变形原理  27-32
  2.2 型面变几何进气道的结构实现方案  32-35
    2.2.1 单压力腔驱动方案  32-33
    2.2.2 压力腔-单点集中力驱动方案  33-34
    2.2.3 多点集中力驱动方案  34-35
  2.3 本章小结  35-36
第三章弹性型面变形的理论分析  36-47
  3.1 外压段简化模型及挠度方程推导  36-42
  3.2 挠度方程和数值模拟结合的流固耦合计算  42-43
  3.3 不同马赫数下的凹曲激波形状控制  43-45
  3.4 本章小结  45-47
第四章凹曲激波压缩进气道流固耦合数值分析  47-59
  4.1 流固耦合计算方法  47-48
  4.2 压力腔驱动下的压缩面变形仿真  48-51
  4.3 压缩面弹性板厚度的影响规律  51-54
  4.4 型面变几何进气道不同马赫数下的调节规律  54-57
  4.5 本章小结和展望  57-59
第五章凹曲激波压缩型面变几何实验研究  59-75
  5.1 实验模型与设备  59-61
  5.2 实验结果  61-67
  5.3 数值计算与实验结果的对比与分析  67-72
    5.3.1 数值计算和实验结果的对比分析  67-70
    5.3.2 壁面静压分析  70-71
    5.3.3 总压测量分析  71-72
  5.4 本章小结和工作展望  72-75
第六章形状记忆合金在曲面压缩系统中的初步应用探索  75-82
  6.1 形状记忆合金简介  75-76
  6.2 实验模型与设备  76-77
  6.3 实验结果和分析  77-80
  6.4 本章小结  80-82
第七章结论与展望  82-84
参考文献  84-88
致谢  88-89
在学期间的研究成果及发表的学术论文  89

宽马赫数凹曲激波压缩进气道型面变几何研究

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