付俊杰,屈峰,孙迪
Jun-Jie FU1,QU FengDi SUN
摘要: 乘波前体/内转式进气道的一体化构型因同时具有良好的高速升阻特性、较好的来流捕获能力和较高的压缩效率,是未来远程高超声速巡航飞行器的主流选择之一。为了提升一体化构型的设计性能,本文分别从基准流场设计改进和考虑粘性效应两个方面出发,提出了一种定流场分布下考虑粘性效应的乘波前体/内转式进气道一体化设计方法。基准流场设计改进方面,本文将直接控制总压恢复的反射激波波后总压分布改进为二次分布,该分布可通过减小总压变化率来提高总压恢复系数。同时给定利于提高总压恢复的上壁面马赫数反正切分布和中心体壁面流动角贝塞尔分布,反设计了全流道流场分布可控的高总压恢复内压缩基准流场。相较于仅给定上壁面马赫数分布的局部反设计基准流场,其中心体变为渐缩型面,反射激波强度大幅降低,总压恢复系数高达0.98以上。由此生成的一体化构型保持了基准流场的特性,较于定局部流场分布的构型,其内收缩段反射激波和隔离段激波串强度更低,出口流向低能区的占比减小,进而使得设计点升阻比提高15.16%、出口总压恢复提高3.33%、出口畸变降低4.62%。考虑粘性效应方面,本文将高置信度数值求解结果和轴对称边界层位移厚度计算公式结合进行粘性修正,相较于传统二维平板边界层粘性修正,轴对称构型验证算例表明本文方法可以提高型面修正精度,大幅降低与无粘设计性能目标的偏差。采用该方法对原始构型进行粘性修正得到修正构型。较于原始构型,修正构型的前体激波和入射激波在下唇口的封闭性提高,内收缩段反射激波和隔离段激波串的强度下降,激波附面层干扰引起的内流道分离区范围缩小,进而使得设计点流量系数提升了3.22%,设计点喉道和出口的总压恢复系数分别提高了2.41%和0.31%,且在升重平衡和宽速域范围内的气动性能也得到明显改善。综上,本文所提乘波前体/内转式进气道一体化设计具有较优的升阻和进气性能,可为远程高超声速巡航飞行器的气动构型设计提供参考。