[发明专利]模拟畸变流场的直连试验装置的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于流体力学技术领域，具体涉及一种模拟高超声速内转进气道-圆形隔离段畸变流场的直连试验装置及设计方法。

背景技术

带进气道的圆形隔离段存在很大畸变，如内转进气道后接圆形隔离段内会形成明显的“对涡”结构。但用于圆形隔离段试验的直连试验通常是均匀来流的工况，喷管后接一等直的附面层发展段，发展段后连接隔离段，这种试验结果与带进气道的自由射流试验结果相差很大，不利于理论研究。也有文献针对矩形隔离段附面层非对称做了试验模拟装置，但流场中激波/膨胀波的相互干扰效果没有模拟出来。因此，设计一种能够模拟隔离段入口流场畸变的隔离段试验装置就显得尤为重要，若这种装置能够使直连发动机试验更接近于带进气道隔离段的自由射流试验流场，将会大幅降低试验成本，对后期畸变流场下的研究有重大意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种模拟高超声速内转进气道-圆形隔离段畸变流场的直连试验装置及设计方法。

本发明的技术方案概括为：

1)根据目标进气道出口流场参数，包括质量平均马赫数流场畸变指数D，马赫数畸变指数D_Ma等，设计畸变发生器型面；

2)根据畸变发生器几何结构，选用合适的附面层发展段长度；

3)根据畸变发生器入口参数，选用较合适的喷管；

4)微调喷管出口参数，使畸变发生器出口参数与目标进气道出口的参数误差降到允许范围内。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体为：

一种模拟高超声速内转进气道-圆形隔离段畸变流场的直连试验装置，包括依次首尾直连的喷管、附面层发展段、畸变发生器和圆形隔离段，所述喷管的末端出口形面与所述附面层发展段的入口匹配连接，所述附面层发展段的出口形面与所述畸变发生器的入口匹配连接，所述畸变发生器出口形面与所述圆形隔离段的入口匹配连接；所述圆形隔离段的入口设置有进气道。

一种模拟高超声速内转进气道-圆形隔离段畸变流场的直连试验装置的设计方法，包括以下步骤：

(1)以带进气道的隔离段作为目标流场，提取目标流场起始截面即隔离段入口截面的参数；

(2)根据所述隔离段入口截面的参数隔离段入口参数进行畸变发生器形面设计；

(3)根据畸变发生器的起始截面参数和隔离段入口附面层厚度及分布设计附面层发展段的长度；

(4)对附面层发展段、畸变发生器和隔离段组成的模型做数值仿真模拟，得到附面层发展段的入口参数，据此进行喷管的形面设计，并且考虑喷管附面层效应，修正附面层发展段的长度；

(5)对所述喷管、附面层发展段、畸变发生器和隔离段组成的模型做数值仿真模拟，计算隔离段各截面参数及壁面压力分布情况，并与目标流场对比；

(6)依据与目标流场的偏差调整、修正试验装置的型面设计，重复上述步骤，直至模拟结果符合设计要求。

进一步的，所述步骤(1)中，利用数值仿真软件，计算带进气道的圆形隔离段自由射流流场，获取所需的参数，包括隔离段入口与出口的马赫数、附面层厚度、静压力、温度、流场畸变和马赫数畸变以及隔离段壁面压力分布情况。

进一步的，所述隔离段出口马赫数非均匀程度D_Ma表达式如下：

其中，—质量平均马赫数；Ma_i—各测量点处的马赫数；A_i—各测量点的面积；—各测量点的质量流量；A₀—测量截面的总面积；—测量截面总的质量流量；N—将测量截面分成N个小区域。

进一步的，所述流场畸变指数D用总质量流量进行无量纲化表示为：

其中，ρ-测量截面的总流体密度；u-测量截面的主流方向速度，ρ_i—各测量点处的流体密度，u_i—各测量点处的主流方向速度，为各测量点的质量流量，A₀为测量截面的总面积；为测量截面总的质量流量。

进一步的，所述步骤(2)中，所述畸变发生器的具体设计方法为：

1)获得目标流场，即目标进气道在典型工况下的特性，包括流场结构、参数分布和总体性能；

2)提取目标流场的进气道喉道截面的参数；

3)设计畸变发生形线；