发动机几何参数对超声速民机声爆特性的影响

doi:10.7527/S1000-6893.2025.31592

超声速民机关键技术专刊

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发动机几何参数对超声速民机声爆特性的影响

贡天宇, 单程军, 易理哲, 龙垚松(), 成忠涛

华中科技大学航空航天学院，武汉 430074

收稿日期:2024-12-03 修回日期:2025-01-08 接受日期:2025-03-24 出版日期:2025-04-11 发布日期:2025-04-10
通讯作者: 龙垚松 E-mail:longyaosong@hust.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(61903146)

Impact of engine geometric parameters on sonic boom characteristics of supersonic civil aircraft

Tianyu GONG, Chengjun SHAN, Lizhe YI, Yaosong LONG(), Zhongtao CHENG

School of Aerospace Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China

Received:2024-12-03 Revised:2025-01-08 Accepted:2025-03-24 Online:2025-04-11 Published:2025-04-10
Contact: Yaosong LONG E-mail:longyaosong@hust.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(61903146)

摘要/Abstract

摘要：

为了降低发动机对声爆的影响，国内外新近低声爆超声速民机的气动布局以翼上发动机或尾吊发动机布局为主，然而翼上/尾吊发动机布局未充分利用超声速飞行器飞发一体化效应，对整机升阻比不利，现有文献中对发动机翼下布局声爆特性的研究不够充分。尝试采用一体化设计思想设计发动机翼下布局，以三维内转进气道作为超声速民机发动机的流量捕获装置，通过调整进气道外罩前缘曲线和外罩捕获面形状调控声爆，并通过“BoomProp”程序预测分析发动机几何参数及安装前后位置对超声速民机声爆特性影响，得到了可以通过优化外罩前缘曲线、发动机外罩捕获面形状参数以及改变发动机安装位置降低整机声爆的结论。

关键词: 超声速民机, 气动布局, 声爆, 飞发一体化, 三维内转进气道

Abstract:

To mitigate the impact of engines on sonic booms， recent low-boom supersonic civil aircraft layouts both domestically and internationally have primarily adopted over-wing or tail-sitting engine configurations. However， these layouts insufficiently exploit the integrated design effects of supersonic aircraft and engines， adversely affecting the overall lift to drag ratio of the aircraft. Moreover， existing research on the influence of engines on sonic booms are inadequate. This paper explores an integrated design concept to devise an under-wing engine layout. A three-dimensional inward turning inlet is employed as the flow capture device for the integrated design of supersonic civil aircraft and engines， and controlling the sonic boom by adjusting the leading-edge curve and the shape parameters of cowl. The “BoomProp” program is utilized to predict and analyze the impact of engine geometric parameters and the installation positions of engine on the sonic boom characteristics of supersonic civil aircraft. The results indicate that optimizing the leading-edge curve， modifying the shape parameters of the cowl， and adjusting the installation position of the engine can effectively reduce the overall sound boom signature of the aircraft.

Key words: supersonic civil aircraft, aerodynamic layout, sonic boom, aircraft and engine integration, three-dimensional inward turning inlet

中图分类号:

V211.3

贡天宇, 单程军, 易理哲, 龙垚松, 成忠涛. 发动机几何参数对超声速民机声爆特性的影响[J]. 航空学报, 2025, 46(20): 531592.

Tianyu GONG, Chengjun SHAN, Lizhe YI, Yaosong LONG, Zhongtao CHENG. Impact of engine geometric parameters on sonic boom characteristics of supersonic civil aircraft[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(20): 531592.

图/表 37

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

图 9

图 10

图 11

表1

图 12

图 13

图 14

图 15

表2

表 3

图 16

图 17

表 4

表5

不同进气道监测面上的声爆强度结果

外罩类型	$ω b o o m$
外罩类型	Ma=3	Ma=4	Ma=5	Ma=6
A	0.613	0.613	0.704	0.908
AA	0.716	0.716	0.825	0.959
B	0.731	0.731	0.825	0.938
C	0.914	0.914	1.08	1.45
CC	0.820	0.820	0.917	1.02

表5

图 18

图 19

图 20

图 21

图 22

图 23

图 24

图 25

图 26

图 27

图 28

图 29

图 30

图 31

图 32

参考文献 49

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E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

网格密度	粗网格（600万）	中等网格（800万）	密网格（1 000万）
Ma	2.672 5	2.672 3	2.672 1
偏差/%	0.01	0.01
π	5.385 4	5.386 1	5.386 8
偏差/%	0.03	0.03
σ	0.845 5	0.845 3	0.845 2
偏差/%	0.04	0.02

外罩类型	几何特征
A	以B外罩为设计基础，初始点斜率相同，沿程斜率降低
AA	以B外罩为设计基础，外罩前缘曲线两端点距离相等，沿程斜率降低
B	外罩沿程斜率不变
C	以B外罩为设计基础，初始点斜率相同，沿程斜率增大
CC	以B外罩为设计基础，外罩前缘曲线两端点距离相等，沿程斜率增大

外罩类型	Ma=3			Ma=4			Ma=5			Ma=6
外罩类型	Ma_e	σ	π	Ma_e	σ	π	Ma_e	σ	π	Ma_e	σ	π
A	1.76	0.91	6.05	2.59	0.86	6.27	3.06	0.79	9.45	3.48	0.69	12.80
AA	1.76	0.91	6.08	2.58	0.85	6.31	3.07	0.79	9.43	3.48	0.69	12.84
B	1.76	0.91	6.06	2.59	0.86	6.30	3.06	0.79	9.45	3.48	0.69	12.82
C	1.76	0.91	6.08	2.58	0.85	6.31	3.07	0.79	9.45	3.48	0.70	12.82
CC	1.76	0.91	6.04	2.59	0.86	6.26	3.06	0.79	9.45	3.48	0.69	12.81

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