非对称喷管流动分离的预测

流体力学与飞行力学

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非对称喷管流动分离的预测

葛建辉, 徐惊雷, 王明涛, 莫建伟

南京航空航天大学能源与动力学院, 江苏南京 210016

收稿日期:2011-10-14 修回日期:2011-11-03 出版日期:2012-08-25 发布日期:2012-08-23
通讯作者: 徐惊雷 E-mail:xujl@nuaa.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(90916023)

Prediction of Flow Separation in Asymmetric Ramp Nozzle

GE Jianhui, XU Jinglei, WANG Mingtao, MO Jianwei

College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China

Received:2011-10-14 Revised:2011-11-03 Online:2012-08-25 Published:2012-08-23
Supported by:
National Natural Science Foundation of China (90916023)

摘要/Abstract

摘要： 非对称喷管是超燃冲压发动机和涡轮基组合循环(TBCC)发动机中特有的关键部件,在跨大马赫数范围工作时,往往在非设计点下会出现严重的流动分离。针对非对称喷管在过膨胀状态下的流动分离现象,通过试验验证二维数值计算(计算采用计算流体力学(CFD)方法)的正确性,利用数值计算样本点拟合得到了非对称喷管在过膨胀状态下的分离准则表达式,并进一步通过不同构型的非对称喷管分离的试验数据来验证该准则的准确性和普适性。研究结果表明,通过特定非对称喷管计算分离数据获得的分离准则与试验结果吻合得较好,在所进行的试验模型和条件下,两者之间的均方根误差为3.68%,更好地说明了该分离准则对非对称喷管内的分离预测具有较好的准确性,同时也跨出了其普适性证明的第1步。

关键词: 超燃冲压发动机, 非对称喷管, 流动分离, 分离判据, 过膨胀

Abstract: The asymmetric ramp nozzle is a key component of the scramjet engine and turbine based combined cycle(TBCC) engine, but it often exhibits serious flow separation in the nozzle off-design point. Focusing on the flow separation in an over-expended asymmetric ramp nozzle, new criteria of flow separation based on 2-D computational fluid dynamics (CFD) technique is obtained with reference to the criteria of flow separation in a symmetrical nozzle. Furthermore, their universality and accuracy are verified by testing other asymmetric ramp nozzle models working in over-expended conditions. The results indicate that the new criteria can also be used for other different asymmetric ramp nozzles. The new criteria and test data show excellent agreement by the range of the experiment pressure ratio with root mean square error of 3.68%,which provides proof that the new criteria used for flow separation prediction in asymmetric ramp nozzle are reliable.

Key words: scramjet engine, asymmetric ramp nozzle, flow separation, separation criteria, over-expension

中图分类号:

V231.3

葛建辉, 徐惊雷, 王明涛, 莫建伟. 非对称喷管流动分离的预测[J]. 航空学报, 2012, 33(8): 1394-1399.

GE Jianhui, XU Jinglei, WANG Mingtao, MO Jianwei. Prediction of Flow Separation in Asymmetric Ramp Nozzle[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2012, 33(8): 1394-1399.

参考文献

[1] Edwards C L Q, Small W J, Weidner J P, et al. Studies of scramjet/airframe integration techniques for hypersonic aircraft. AIAA-1975-58, 1975.
[2] Mo J W, Xu J L, Li C. The numerical study of over-under TBCC exhaust system. The 1st Conference of Turbo/Ramjet Combined Cycle Engine, 2008. (in Chinese) 莫建伟, 徐惊雷, 李超. 并联式TBCC发动机排气系统不同工况下的性能研究. 第一届涡轮冲压组合动力发动机会议, 2008.
[3] Abdellah H, Marcello O. Nozzle flow separation. Shock Waves, 2009, 19(3): 163-169.
[4] Schilling M T. Flow separation in a rocket nozzle. Buffalo: State University of New York, 1962.
[5] Lawrence R A. Symmetrical and unsymmetrical flow separation in supersonic nozzles. Dallas: Southern Methodist University, 1967.
[6] Nave L H, Coffey G A. Sea-level side loads in high-area-ratio rocket engines. AIAA-1973-1284,1973.
[7] Erengil M E, Dolling D S. Unsteady wave structure near separation in a Mach 5 compression ramp interaction. AIAA Journal, 1991, 29(5): 728-735.
[8] Dumnov G. Investigation on separation and side loads. Internal DLR Report, 1997.
[9] Ostlund J. Flow processes in rocket engine nozzles with focus on flow separation and side-loads. Technical Reports from Royal Institute of Technology Stockholm, 2002.
[10] Hagemann G, Preuss A, Grauer F, et al. Flow separation and heat transfer in high area ratio nozzles. AIAA-2004-3684, 2004.
[11] Verma S B. Shock unsteadiness in a thrust optimized parabolic nozzle. Shock Waves, 2009, 19(3): 193-212.
[12] Stark R H. Flow separation in rocket nozzles, a simple criteria. AIAA-2005-3940, 2005.
[13] Summerfield M, Foster C, Swan W. Flow separation in over expanded supersonic exhaust nozzles. Jet Propulsion, 1954, 24(5): 319-321.
[14] Schmucker R H. Status of flow separation prediction in liquid propellant rocket nozzles. NASA TM X-64890, 1974.
[15] Zhang K Y, Zhang R X, Xu H. Investigation of single expansion ramp nozzle. Journal of Propulsion Technology, 2001, 22(5): 380-382 (in Chinese) 张堃元, 张荣学, 徐辉. 非对称大膨胀比喷管研究. 推进技术, 2001, 22(5): 380-382.
[16] Tan J, Jin J, Du G, et al. Experimental and computational investigation of a over-expanded single-expansion-ramp-nozzle. Journal of Propulsion Technology, 2009, 30(3): 292-296. (in Chinese) 谭杰, 金捷, 杜刚, 等. 过膨胀单边膨胀喷管试验和数值模拟. 推进技术, 2009, 30(3): 292-296.

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Prediction of Flow Separation in Asymmetric Ramp Nozzle

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[1]	王雪鹤, 柴春硕, 邢世龙, 樊枫, 黄水林. 共轴高速直升机反流区翼型设计及减阻机理[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 529960-529960.
[2]	乔竑玮, 梁剑寒, 张林, 孙明波, 陈玉俏. 超声速燃烧中的概率密度函数方法研究进展[J]. 航空学报, 2024, 45(8): 28802-028802.
[3]	刘小勇, 王明福, 刘建文, 任鑫, 张轩. 超燃冲压发动机研究回顾与展望[J]. 航空学报, 2024, 45(5): 529878-529878.
[4]	纪鉴恒, 蔡尊, 王泰宇, 孙明波, 王振国. 宽速域超燃冲压发动机流动燃烧过程研究进展[J]. 航空学报, 2024, 45(3): 28696-028696.
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[6]	赵翔, 夏智勋, 方传波, 马立坤, 李潮隆, 段一凡. 固体火箭超燃冲压发动机理论性能分析[J]. 航空学报, 2023, 44(5): 126971-126971.
[7]	孙士珺, 李晓龙, 刘艳明, 王建华, 王松涛. 宽速域来流对超声通流风扇叶型气动性能的影响[J]. 航空学报, 2023, 44(21): 528523-528523.
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[11]	刘晓东, 刘朋欣, 李辰, 孙东, 袁先旭. 高焓激波/湍流边界层干扰直接数值模拟[J]. 航空学报, 2023, 44(13): 127832-127832.
[12]	胡守超, 庄宇, 李贤, 江涛. 高超声速气动热标模HyHERM-Ⅰ试验[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 233-248.
[13]	程剑锐, 施崇广, 瞿丽霞, 徐悦, 尤延铖, 朱呈祥. 二维弯曲激波/湍流边界层干扰流动理论建模[J]. 航空学报, 2022, 43(9): 125993-125993.
[14]	周岩, 罗振兵, 王林, 夏智勋, 高天翔, 谢玮, 邓雄, 彭文强, 程盼. 等离子体合成射流激励器及其流动控制技术研究进展[J]. 航空学报, 2022, 43(3): 25027-025027.
[15]	李潮隆, 夏智勋, 马立坤, 赵翔, 罗振兵, 段一凡. 固体火箭超燃冲压发动机性能试验[J]. 航空学报, 2022, 43(12): 126075-126075.