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附面层吸入式进气道主动流动控制研究

作　者: 陈健华
导　师: 宋彦萍
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 附面层吸入 进气道 主动流动控制 附面层吹气 旋涡发生器
分类号: V231
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 152次
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内容摘要


为满足未来飞行器的经济性和环保性目标,美国航空航天局启动了超高效发动机技术研究,以降低耗油率、减小噪音和减少NOx排放量。由于翼身融合飞机相比传统布局方式的飞机,具有更大的升力、更小的阻力和更好的经济性,受到国内外学者的广泛关注。有研究表明,对翼身融合飞机而言,具有最高燃油效率时的飞机进气道有如下几个特点:短扩压、进口截面类似半圆形、吸入一些附面层流体等。本文对传统的S弯进气道设计方法进行了改进,以符合进气道安装在翼身融合飞机尾部的气动布局,通过选择缓急相当的中心线分布规律和先缓后急再缓的面积分布规律,以超椭圆方程曲线为轮廓,使用NACA1系列翼型的唇口形式,设计了一种附面层吸入式进气道。通过数值模拟的方法,对进气道内外流场进行统一求解,探讨了飞机的前机身长度和来流马赫数对进气道性能的影响。针对该进气道吸入大量附面层流体后,总压恢复系数低、流场畸变大的特点,采用了给附面层吹气和射流式旋涡发生器两种主动流动控制方案。通过在S弯进气道入口附近弯道底部布置多根小管吹气,以期达到改善进气道出口气流品质、抑制旋流、降低进气道出口畸变程度的目的。通过改变小管的吹气角度、小管安装的轴向位置、通过小管的射流流量和小管的数目,讨论了这四个参数对进气道流场的影响,研究结果表明:对于给附面层吹气的方案,随着吹气角度变化,顺主流的效果比逆主流的效果好;在不同的质量流量情况下,并非质量流量越大效果越好。对于旋涡发生器的方案,其在第一个弯道附近控制效果较好,随着质量流量适当增大,流场畸变进一步下降,控制效果更好。总的来说,旋涡发生器在相同的质量流量条件下,比给附面层吹气的效果要好,采用组合形式旋涡发生器进行流动控制后,出口总压恢复系数有小幅降低,出口截面总压畸变降低,出口截面旋流畸变远远小于不吹气方案中的旋流畸变。主动流动控制能够改变流场结构,通过调整控制参数,可以得到较好的控制方案,但寻找到最优的流动控制方案仍需深入研究。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 引言  10-11
  1.2 研究背景  11-14
    1.2.1 研究的意义  11-12
    1.2.2 国内外研究现状  12-14
  1.3 进气道流动控制的研究  14-16
    1.3.1 被动流动控制研究  14-15
    1.3.2 主动流动控制研究  15-16
  1.4 主要研究内容  16-17
第2章 进气道设计  17-25
  2.1 引言  17
  2.2 基本参数  17-18
  2.3 设计方法  18-21
    2.3.1 中心线的设计  18-19
    2.3.2 面积分布规律  19-20
    2.3.3 唇口形状设计  20-21
  2.4 参数计算  21-24
    2.4.1 进口面积的确定  21-22
    2.4.2 中心偏距的确定  22-23
    2.4.3 内通道型面的确定  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章 数值模拟方法及参数  25-35
  3.1 引言  25
  3.2 商用软件FLUENT简介  25-31
    3.2.1 控制方程  25-27
    3.2.2 求解器和差分格式  27-28
    3.2.3 湍流模型  28-29
    3.2.4 边界条件  29-30
    3.2.5 前处理和后处理  30-31
  3.3 数值模拟参数  31-33
    3.3.1 设计参数  31-32
    3.3.2 计算网格生成  32
    3.3.3 湍流模型  32-33
    3.3.4 进出口边界条件  33
  3.4 本章小结  33-35
第4章 进气道数值模拟结果  35-43
  4.1 引言  35
  4.2 数值模拟方案  35
  4.3 流场评价计算公式  35-36
  4.4 不同外流条件对流动的影响  36-39
    4.4.1 来流马赫数对进气道性能的影响  36-37
    4.4.2 前机身长度对进气道性能的影响  37-39
  4.5 进气道流场结构分析  39-42
    4.5.1 出口压力云图和二次流图谱  39
    4.5.2 对称面压力云图和流线图  39-40
    4.5.3 壁面压力云图和极限流线  40-41
    4.5.4 内通道流动特征  41-42
  4.6 本章小结  42-43
第5章 主动流动控制效果分析  43-63
  5.1 引言  43
  5.2 旋涡发生器简介  43-44
  5.3 数值模拟方案  44-47
  5.4 给附面层吹气控制效果分析  47-51
    5.4.1 吹气角度对流动的影响  47-48
    5.4.2 轴向位置对流动的影响  48
    5.4.3 射流流量对流动的影响  48-49
    5.4.4 孔间距对流动的影响  49-51
  5.5 旋涡发生器控制效果分析  51-61
    5.5.1 轴向位置对流动的影响  51-54
    5.5.2 射流流量对流动的影响  54-57
    5.5.3 孔间距对流动的影响  57-60
    5.5.4 组合式旋涡发生器控制效果  60-61
  5.6 本章小结  61-63
结论  63-65
参考文献  65-69
攻读硕士学位期间发表的学术论文  69-71
致谢  71

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空发动机（推进系统） > 发动机原理
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