力学大会2015集捕获型线形状位置对内转式进气道前缘压缩

（航空航天大学能源与动力学院，江苏高超声速，内转式进气道，流线追踪，进口捕获型线引气道，克服了基准Busemann流场长度过长及低数难以起动的问题。随后，许多学者又针对不同的基准流场，设计出了各具特点的内转式进气道:航空航天局研究中心M.K.Smart等人从高超声速推进系统机身/进气道设计的角度出发，以倒置等 获型线FCS(FlowCapture1）Theprojectwassupportedby 由于本文旨在研究FCS形状、位置对内转式进气道的影响规律，因此基准流场为一个变化因素。作为探索性研究，本文选择内收缩角δ=10°，中心体半径比旋流特征编写程序，对直内收缩流场进行求解，得到流场的压力等值线图如图后压力也越高，数越小，与此同时气流的总压损失也越大。气流经过入射激波压缩后，还受到波的进一步压缩。

图1直内收缩流场结进行流场计算，图3给出了前缘压缩面壁面网格分布，网格量总数在150万左右。图2捕获型线形状、位置示意 图3前缘压缩面壁面网格（为便于演示，将网格调稀图4为特征与CFD无粘计算的模型壁面压力等值线图，对比可发现两种方法计算得到的压力分布吻合较好，而且特征计算的压力等值线清晰光滑，说明本文编写的特征图对于这一类流线追踪进气道来说，若给定追踪点的径向位置相同，则所得流线以及气流经历的压缩过程也就完全一致。基于这一特点可知，FS沿径向的面积分布直接决定了进气道的压缩特性，对于一个给定的FS，如果其大半径处所占面积比例越大，则追踪得到的前缘压缩面内的流动更趋向于大半径处的流动FS沿半径方向的面积分布规律。对于2中的矩形捕获型线，围内的气体状态所主导的。为了综合评估FCS的面积分布规律，其所在半径位置，参考进气道性能评估方法，定义了一个面积平均半径的参数，其表达式如下所示：

dA代表半径R的FCS微元面面积。实质上由于来流参数是均匀的，因而以 5矩形捕获型线的面积分布规快速求解程序，因此本文另辟蹊径，提出一种将FCS面积离散化的网格划分方法，将其形心所在径向位置都容易求解，然后对所有网格单元进行面积平均，即可得到整个6任意形状图形的网格划分示意础上，本文采用编写程序，计算得到每个网格单元的面积和形心的径向位置，从果如表网格总平均半径对1中的计算结果可以发现，对于如因此该截面是缩的分界面。定义捕获截面与进口截面面积之比为进气道的外收积为湿润面积Aw，这个参数一方面和气流的摩擦阻力关，另一方面和进气道的缘弧长Lf，由于高超声速进气道前缘严酷的热负荷，必须对前缘施加一定的热防护7前缘压缩面的几何参数定义示意如8矩形捕获截面形状、位置示意 00LeLe000

LeLf LfLf2

AwAw

0 0 0 0 0Ro (b)湿润面积Aw和外收缩比9进气道前缘压缩面几何参数随RO/R1的变化曲进一步地，对比10与RaveRave Ro10捕获型线平均半径随RO/R1的变化曲11不同RO/R1下进口截面总压恢复系数云7 6 6

005050 0 0 0 0Ro12进气道前缘压缩面性能参数随RO/R1的变化曲的对称性，α只需在0°~90°的范围内变化，所有的位置情况都可被包括在内。图。由于宽可能会影响这些极大值点所对应的旋转角，因此本文选取了几组不同的宽进行对比。而且考虑到矩形的特殊性，宽为k，旋转角α=β度的矩形旋转90度后与宽为1/k，α=90-1

3 33LeLfLeLf120

0 40

2 40

前缘长度 (b)前缘弧长7AwAw54 40

332

40(c)湿润面积 (e)外收缩比图13不同宽下进气道前缘压缩面的几何参数随旋转角的变化曲通过比较可以看出，在同一宽下，前缘压缩面的长度、弧长、湿润面积与外收缩比等几何参数的极大值点所对应的旋转角αmax基本相同，而且随着宽的增大，αmax也不断增大，当宽为1时，αmax为45°。另外，对这些几何参数来说，在宽越小时，图14与15为不同宽下平均半径及前缘压缩面性能参数随旋转角的变化曲线。结合二者可等熵压缩量随之变化，前缘越长，气流受到的等熵压缩越多，因此缘长度极大值点根据旋转角对前缘压缩面各参数的影响规律可知，对应于每一个宽，都存在。RaveRave

40 不同宽下平均半径随旋转角的变化曲 40

0000000

(a)压 (b)总压恢复系图15不同宽下前缘压缩面性能参数随旋转角的变化曲宽W/H的影16为前缘压缩面几何参数随宽的变化曲线，可见前缘长度、弧长、湿润面积和外收缩比起初均随宽的增加而急剧减小，当宽大于1后，这四个几何参数的减小程13也能得到完全相同的结论1 3Lf12

7AwAw350

2 4

20 1 2 3 (b)湿润面积Aw和外收缩比图16前缘压缩面几何参数随宽的变化曲同样给出前缘压缩面性能参数随宽的变化曲线如于1后，这一影响变弱。结合图16和图29%；从图17前缘压缩面性能参数随宽的变化曲 通道处的总压恢复越高；宽的增加而增加前缘长度、弧长、湿润面积和增压比起初随宽的增加而急剧减小，当宽大于1后，这四个几何参数的减小程度变缓，而且在宽大于2后，前缘弧长和湿润面1,梁德旺,黄国平.一种新型内乘波式进气道初步研究[J].推进技术,2006,MolderS,SzpiroJ.Busemmaninletforhy icspeeds[J].JournalofSpacecraftands,1966,MolderS.Internal,Axisymmetric,ConicalFlow[J].AIAAJournal.1967,5(7):1252-SmartMK.Designofthree-dimensionalhy icinletswithrectangular-to-ellipticalshapetransition[J].JournalofPropulsionandPower,1999,15(3):408-416.SmartMK.Experimentaltestingofahy icinletwithrectangular-to-ellipticalshapetransition[J].JournalofPropulsionandPower,2001,17(2):276-283.SmartMK,WhiteJA.Computationalinvestigationoftheperformanceandback-pressurelimitsofa icinlet[J].AIAApaper,2002,508.MatthewsA,JonesT.DesignandTestofaModularWaveriderHy icIntake[C].AIAA/CIRA13thInternationalSpacenesandHy icSystemsandConference,AIAA2005-3379,2005.9MaloFJ,GaitondeDV.NumericalInvestigationofanInnovativeInwardTurningInlet[C].AIAA2005-4871,2005.MaloFJ,GaitondeDV.ysisofanInnovativeInwardTurningInletUsinganAir-JP8CombustionMixtureatMach7[C].AIAA2006-3041,2006.南向军张堃元金志光THEEFFECTOFFCSSHAPEANDLOCATIONONTHEPERFORMANCEOFINWARDTURNINGINLETFOREBODYWANG TAN HUANG(Coll.ofEnergyandPower,NanjingUniv.ofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,ToaimatHy icinwardturninginlet,anewconceptnamedaverageradiusofcaptureshapeisproposedinthispaper.Withthehelpofmeshgeneration,aprogramwasdesignedtocalculatetheaverageradiusandtheparametersonentrancesectionquickly.Thentakingtheconstantslopeinteriorconeflowasthebasicflowfield,therulesofthreefactors(centerdistance,rotationangleandaspectratio)ofrectangularcaptureshape,whichdeterminetheperformanceofforebodyarestudied.Theresultsshowthattheaverageradiuscanbeusedasanimportantgeometricparametertoevaluatethetotalpressurerecoveryofforebody,