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迎角变化引起的高超声速进气道起动迟滞现象试验研究

徐尚成 王翼 苏丹 范晓樯 王振国

徐尚成, 王翼, 苏丹, 等. 迎角变化引起的高超声速进气道起动迟滞现象试验研究[J]. 实验流体力学, 2019, 33(3): 76-82. doi: 10.11729/syltlx20190010
引用本文: 徐尚成, 王翼, 苏丹, 等. 迎角变化引起的高超声速进气道起动迟滞现象试验研究[J]. 实验流体力学, 2019, 33(3): 76-82. doi: 10.11729/syltlx20190010
Xu Shangcheng, Wang Yi, Su Dan, et al. Experimental study on hysteresis phenomenon of hypersonic inlet caused by variations of angle of attack[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(3): 76-82. doi: 10.11729/syltlx20190010
Citation: Xu Shangcheng, Wang Yi, Su Dan, et al. Experimental study on hysteresis phenomenon of hypersonic inlet caused by variations of angle of attack[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2019, 33(3): 76-82. doi: 10.11729/syltlx20190010

迎角变化引起的高超声速进气道起动迟滞现象试验研究

doi: 10.11729/syltlx20190010
详细信息
    作者简介:

    徐尚成(1994-), 男, 青海海东人, 博士研究生.研究方向:高超声速推进技术.通信地址:湖南省长沙市开福区德雅路109号(410073).E-mail:shangchengxu@yeah.Net

    通讯作者:

    王翼, E-mail: wange_nudt@163.com

  • 中图分类号: V211.48

Experimental study on hysteresis phenomenon of hypersonic inlet caused by variations of angle of attack

  • 摘要: 高超声速进气道在起动过程中存在迟滞现象,起动迟滞对发动机的工作范围有重要影响。以一种Bump/前体一体化进气道为研究对象,通过试验和数值仿真结合的方法,研究迎角变化引起的进气道起动迟滞现象。试验在国防科技大学LF-220自由射流风洞中进行,来流条件Ma=5.0,采用蓄热式加热器对上游气流进行加热,稳定段总压1.59MPa,试验段静温91.67K。试验模型由底座、进气道前体前锥、进气道前体后锥和唇罩4部分组成,模型总长度285mm。采用PSI压力传感器对模型壁面压力进行测量,采样频率为100Hz。试验成功捕捉到进气道随迎角变化由不起动转化为起动的动态过程。研究表明,高超声速进气道随迎角变化存在明显的迟滞现象。试验获得进气道自起动迎角为-1.3°,而进气道自不起动迎角大于10°。在进气道自起动/自不起动过程的研究中发现,随着进气道流动状态的不同,迎角和大尺度分离区交替主导流量变化。
  • 图  1  进气道模型示意图

    Figure  1.  Diagram of the inlet model

    图  2  风洞系统实物图

    Figure  2.  Picture of wind tunnel system

    图  3  壁面网格划分示意图

    Figure  3.  Grid distribution on the wall

    图  4  进气道迎角起动试验过程中对称面纹影图(试验1)

    Figure  4.  Schlieren images on different attack angles during the starting process (first experiment)

    图  5  进气道迎角起动试验过程中对称面纹影图(试验2)

    Figure  5.  Schlieren images on different attack angles during the starting process (second experiment)

    图  6  不同迎角状态下进气道壁面沿程压力分布

    Figure  6.  Wall pressures along flow direction with different angles of attack

    图  7  模型迎角增大过程中流场结构变化图

    Figure  7.  Schlieren images with different angles of attack during the self-unstarting process

    图  8  进气道起动流场对称面纹影数值与试验结果对比

    Figure  8.  Schlieren images of starting inlet showing comparison of the numerical simulation with the experiment data

    图  9  进气道起动流场对称面压力分布数值与试验结果对比

    Figure  9.  Wall pressure distribution of starting inlet showing comparison of the numerical simulation with the experiment data

    图  10  进气道不起动流场对称面纹影数值与试验结果对比

    Figure  10.  Schlieren images of unstarting inlet showing comparison of the numerical simulation with the experiment data

    图  11  进气道不起动流场对称面压力分布数值与试验结果对比

    Figure  11.  Wall pressure distribution of unstarting inlet showing comparison of the numerical simulation with the experiment data

    图  12  进气道迎角自起动/自不起动过程中进气道内通道测点压力试验和数值计算结果

    Figure  12.  Wall pressure at internal section of the inlet in the process of self-starting/-unstarting

    图  13  进气道自起动((a),从左至右)/自不起动过程((b),从右至左)对称面马赫数分布

    Figure  13.  Mach number distributions on the symmetry planes in the self-starting process ((a), from left to right) and the self-unstarting process ((b), from right to left)

    图  14  进气道自起动/自不起动过程中流量变化

    Figure  14.  Mass flow in the process of self-starting/-unstarting

    表  1  进气道自起动迎角第1次试验时序设定

    Table  1.   Time sequence of the first experiment in the self-starting process

    迎角/(°) 8.0 4.0 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0
    停留时间/s 3 1 1 1 1 1 1
    下载: 导出CSV

    表  2  进气道自起动迎角第2次试验时序设定

    Table  2.   Time sequence of the second experiment in the self-starting process

    迎角/(°) 8.0 4.0 0 -0.5 -1.0 -1.1 -1.2 -1.3
    停留时间/s 3 1 1 1 1 1 1 1
    下载: 导出CSV

    表  3  进气道自不起动迎角试验时序设定

    Table  3.   Time sequence of the experiment in the self-unstarting process

    迎角/(°) -1.5 0 2.5 5.0 7.5 10.0
    停留时间/s 3 1 1 1 1 1
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-07
  • 修回日期:  2019-05-14
  • 刊出日期:  2019-06-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日