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一种Ma0~4TBCC进气道气动设计及性能分析

袁化成 刘君 郭荣伟

袁化成, 刘君, 郭荣伟. 一种Ma0~4TBCC进气道气动设计及性能分析[J]. 实验流体力学, 2018, 32(3): 33-41. doi: 10.11729/syltlx20180005
引用本文: 袁化成, 刘君, 郭荣伟. 一种Ma0~4TBCC进气道气动设计及性能分析[J]. 实验流体力学, 2018, 32(3): 33-41. doi: 10.11729/syltlx20180005
Yuan Huacheng, Liu Jun, Guo Rongwei. Design and performance analysis of turbine based combined cycle inlet operation with Mach 0~4[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2018, 32(3): 33-41. doi: 10.11729/syltlx20180005
Citation: Yuan Huacheng, Liu Jun, Guo Rongwei. Design and performance analysis of turbine based combined cycle inlet operation with Mach 0~4[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2018, 32(3): 33-41. doi: 10.11729/syltlx20180005

一种Ma0~4TBCC进气道气动设计及性能分析

doi: 10.11729/syltlx20180005
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11772155

南京航空航天大学博士创新基金项目 BCXJ16-01

江苏省研究生培养创新工程基金 KYLX16_0393

详细信息
    作者简介:

    袁化成(1979-), 男, 黑龙江佳木斯人, 博士, 副教授。研究方向:组合动力进气系统及高超声速进气道。通信地址:江苏省南京市御道街29号南京航空航天大学1002信箱(210016)。E-mail:yuanhuacheng@nuaa.edu.cn

    通讯作者:

    袁化成, E-mail:yuanhuacheng@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: V236

Design and performance analysis of turbine based combined cycle inlet operation with Mach 0~4

  • 摘要: 从TBCC推进系统总体性能需求出发,给出了TBCC进气道捕获面积以及模态转换马赫数确定过程。在此基础上开展基于平动式模态转换装置的马赫数0~4内并联TBCC进气道气动方案设计,给出了进气道单自由度几何调节机构方案及其几何调节规律。通过对涡轮通道典型几何参数的规律化研究,结果表明:方转圆段几何长度、中心点ym值以及面积变化规律对进气道出口总压恢复系数及马赫数影响较小,对进气道出口流场的均匀度影响较大;就研究的进气道而言,选取方转圆段几何长度为3m,中心控制点ym=1.5,沿程截面面积变化规律为"先急后缓"的设计较为适宜;Ma=4.0时,设计的TBCC变几何进气道总压恢复系数为0.45,Ma=2.2时,总压恢复系数和畸变分别为0.79和0.15。
  • 图  1  压气机/涡轮特性图

    Figure  1.  The characteristic map of compressor and turbine

    图  2  冲压模态下的需求推力及飞行器重量

    Figure  2.  The required thrust and the weight of aircraft at ramjet mode

    图  3  冲压模态不同化学恰当比下的捕获面积及流量

    Figure  3.  The captured area and massflow at different stoichiometric ratio of ramjet mode

    图  4  发动机需求流量与进气道捕获流量对比

    Figure  4.  The comparison between massflow required by engine and captured by inlet

    图  5  TBCC发动机飞行轨迹

    Figure  5.  The flying trajectory of TBCC propulsion system

    图  6  沿飞行轨迹涡喷/冲压发动机推力及耗油率变化规律

    Figure  6.  The thrust and SFC of TBCC propulsion system along the flying trajectory

    图  7  Ma0~4 TBCC变几何进气道型面及控制规律

    Figure  7.  The scheme of Ma0~4 TBCC variable geometry inlet

    图  8  Ma0~4 TBCC变几何进气道机构简图

    Figure  8.  The framework of Ma0~4 TBCC variable geometry inlet

    图  9  TBCC进气道网格及边界条件

    Figure  9.  The mesh and boundary conditions of TBCC inlet

    图  10  涡轮流道进气道出口性能随扩压段长度的变化曲线

    Figure  10.  The performance of inlet at different length of turbine diffuser

    图  11  不同ym值下,涡轮发动机流道方转圆扩压段几何造型

    Figure  11.  The profile of turbine diffuser at different ym values

    图  12  不同ym下,涡轮流道方转圆扩压段出口总压恢复系数等值图

    Figure  12.  The total pressure contour of turbine diffuser exit section at different ym values

    图  13  涡轮通道出口性能随方转圆扩压段中心点ym的变化曲线

    Figure  13.  The performance of turbine diffuser at different ymvalues

    图  14  Ma1.5~4.0 TBCC进气道马赫数云图

    Figure  14.  The Mach number contour of TBCC inlet from Ma1.5 to 4.0

    图  15  Ma1.5~4.0 TBCC进气道性能参数

    Figure  15.  The performance of TBCC inlet from Ma1.5 to 4.0

    表  1  不同方转圆沿程截面面积变化规律下涡轮流道进气道出口气动性能

    Table  1.   The parameters of ramjet engine at design point

    Area Mae σ DC60 Δσ/%
    Rapid turning at the exit 0.4043 0.7868 0.1444 1.4115
    Modest turning 0.4020 0.7861 0.1584 1.5452
    Rapid turning at the entrance 0.4002 0.7855 0.1331 1.2929
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-01-05
  • 修回日期:  2018-05-24
  • 刊出日期:  2018-06-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日