外并联型进气道模态转换过程中低速通道再起动特性

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32842

流体力学与飞行力学

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外并联型进气道模态转换过程中低速通道再起动特性

张悦¹^,²(), 杨刚¹^,², 谭慧俊¹^,², 张晗天¹^,², 庞明池¹^,², 张龙芝¹^,², 高夏豪¹^,²

^1.南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016
^2.进排气技术教育部重点实验室，南京 210016

收稿日期:2025-09-28 修回日期:2025-10-24 接受日期:2025-11-11 出版日期:2025-11-21 发布日期:2025-11-20
通讯作者: 张悦 E-mail:y.zhang@nuaa.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(12172175);航天液体动力全国重点实验室基金(2024JJ015010)

Restart characteristics of low-speed duct during mode transition in an over-under inlet

Yue ZHANG¹^,²(), Gang YANG¹^,², Huijun TAN¹^,², Hantian ZHANG¹^,², Mingchi PANG¹^,², Longzhi ZHANG¹^,², Xiahao GAO¹^,²

^1.College of Energy and Power Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China
^2.Key Laboratory of Inlet and Exhaust System Technology，Ministry of Education，Nanjing 210016，China

Received:2025-09-28 Revised:2025-10-24 Accepted:2025-11-11 Online:2025-11-21 Published:2025-11-20
Contact: Yue ZHANG E-mail:y.zhang@nuaa.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(12172175);Fund of National Key Laboratory of Aerospace Liquid Propulsion(2024JJ015010)

摘要/Abstract

摘要：

针对涡轮基组合循环（TBCC）发动机由冲压动力向涡轮动力转换过程中进气道内非定常流动特征展开研究，通过试验与数值仿真（CFD）相结合的方法分析了进气道整体波系变化过程以及沿程不同位置的压力变化规律，获得了进气道模态切换过程中低速通道再起动过程动态特性以及分流板转速对这一过程的影响。结果表明：考虑涡轮动力起动影响，进气道低速通道逐渐开启过程中低速通道会经历6个典型阶段：阶段1，分流板开启，边界层气流进入通道，通道压力小幅下降；阶段2，超声速主流进入通道，通道压力大幅上升；阶段3，通道内流量积聚压力上升，激波串前传，随后越过放气腔，泄流压力下降，激波后移；阶段4，低速通道分离包不断膨胀与收缩，引起激波振荡；阶段5，分离包吐出通道，发生喘振；阶段6，下游节流度（TR）减小，喘振结束，低速通道恢复起动。在低速通道再起动过程中，分流板的转速会影响流道内压力振荡频率以及幅值，并且分流板转速越小，压力振荡频率越低、幅值越大。此外，低速通道再起动过程中，分流板转速也会影响喘振发生的时机，分流板转速越小，越易引发进气道低速通道喘振。所得结果可为组合动力发动机平稳模态转换提供理论支持。

关键词: 外并联型进气道, 模态转换, 喘振, 再起动, 风洞试验

Abstract:

This paper investigates the unsteady flow characteristics within the inlet during the ram-to-turbo transition of a Turbine-Based Combined Cycle （TBCC） engine. Through a combined approach of wind tunnel test and Computational Fluid Dynamics （CFD） simulations， it analyzes the evolution of the inlet shock system and the static pressure variation patterns along critical flow path locations， and acquires the dynamic restart characteristics of the low-speed duct during inlet mode transition and the influence of flow splitter rotational speed on this process. The results indicate that during the progressive opening of the low-speed duct under turbine-mode startup conditions， six distinct phases occur： in phase 1， flow splitter deployment initiates boundary layer ingestion into the duct， causing minor static pressure drop； in phase 2， supersonic core flow enters the duct， triggering significant static pressure rise； in phase 3， flow accumulation induces pressure buildup and shock train forward propagation， followed by shock traversal past the bleed cavity， with subsequent cavity depressurization causing shock recession； in phase 4， cyclic expansion/contraction of the low-speed duct separation bubble induces shock oscillation； in phase 5， shock expulsion along the separation bubble triggers inlet buzz； in phase 6， reduction in downstream Throttling Ratio （TR） terminates buzz， enabling low-speed duct restart. During the low-speed duct restart process， the rotational speed of the flow splitter vanes influences both the frequency and amplitude of pressure oscillations within the flow path， with lower rotational speeds resulting in reduced oscillation frequencies and increased amplitudes. Moreover， during low-speed duct restart， the rotational speed also affects the onset timing of buzz， where lower speeds more readily trigger inlet buzz in the low-speed duct. This study provides a theoretical foundation for achieving smooth mode transition in combined-cycle engines.

Key words: over-under inlet, mode transition, buzz, restart, wind tunnel test

中图分类号:

V236

张悦, 杨刚, 谭慧俊, 张晗天, 庞明池, 张龙芝, 高夏豪. 外并联型进气道模态转换过程中低速通道再起动特性[J]. 航空学报, 2026, 47(6): 132842.

Yue ZHANG, Gang YANG, Huijun TAN, Hantian ZHANG, Mingchi PANG, Longzhi ZHANG, Xiahao GAO. Restart characteristics of low-speed duct during mode transition in an over-under inlet[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(6): 132842.

图/表 27

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参考文献 20

[1]	向先宏，钱战森，张铁军. TBCC进气道模态转换气动技术研究综述［J］. 航空科学技术， 2017， 28（1）： 10-18.
	XIANG X H， QIAN Z S， ZHANG T J. An overview of turbine-based combined cycle （TBCC） inlet mode transition aerodynamic technology［J］. Aeronautical Science & Technology， 2017， 28（1）： 10-18 （in Chinese）.
[2]	罗金玲，李超，徐锦. 高超声速飞行器机体/推进一体化设计的启示［J］. 航空学报， 2015， 36（1）： 39-48.
	LUO J L， LI C， XU J. Inspiration of hypersonic vehicle with airframe/propulsion integrated design［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2015， 36（1）： 39-48 （in Chinese）.
[3]	贺进，薛伟鹏，张维涛，等. 航空发动机涡轮部件技术特征分析与发展预测［J］. 燃气涡轮试验与研究， 2025， 38（2）： 20-32.
	HE J， XUE W P， ZHANG W T， et al. Characteristics analysis and development forecast of aero-engine turbine component technology［J］. Gas Turbine Experiment and Research， 2025， 38（2）： 20-32 （in Chinese）.
[4]	MURTHY S N B， CURRAN E T. Scramjet propulsion ［M］. Reston： AIAA， 2001.
[5]	张华军，郭荣伟，李博. TBCC进气道研究现状及其关键技术［J］. 空气动力学学报， 2010， 28（5）： 613-620.
	ZHANG H J， GUO R W， LI B. Research status of TBCC inlet and its key technologies［J］. Acta Aerodynamica Sinica， 2010， 28（5）： 613-620 （in Chinese）.
[6]	王子运，于航，张悦，等. 空天飞行器可调进气系统关键问题研究进展［J］. 航空学报， 2024， 45（11）： 14-50.
	WANG Z Y， YU H， ZHANG Y， et al. Research progress on key issues of adjustable inlet system for aerospace vehicles［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2024， 45（11）： 14-50 （in Chinese）.
[7]	陈树生，贾苜梁，刘衍旭，等. 变体飞行器变形方式及气动布局设计关键技术研究进展［J］. 航空学报， 2024， 45（6）： 1-47.
	CHEN S S， JIA M L， LIU Y X， et al. Deformation modes and key technologies of aerodynamic layout design for morphing aircraft： Review［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2024， 45（6）： 1-47 （in Chinese）.
[8]	THOMAS S R. TBCC discipline overview. Hypersonics project［C］∥2011 Technical Conference， 2011.
[9]	乐嘉陵，胡欲立，刘陵. 双模态超燃冲压发动机研究进展［J］. 流体力学实验与测量， 2000， 14（1）： 1-12.
	LE J L， HU Y L， LIU L. Investigation of possibilities in developing dual mode scramjets［J］. Experiments and Measurements in Fluid Mechanics， 2000， 14（1）： 1-12 （in Chinese）.
[10]	WATANABE Y， MIYAGI H， SEKIDO T， et al. Conceptual design study on combined cycle engine for hypersonic transport［C］∥11th International Symposium on Air Breathing Engines， 1993： 188-197.
[11]	陈大光. 高超声速飞行与TBCC方案简介［J］. 航空发动机， 2006， 32（3）： 10-13.
	CHEN D G. Brief introduction of hypersonic flight and TBCC concept［J］. Aeroengine， 2006， 32（3）： 10-13 （in Chinese）.
[12]	ALBERTSON C， EMAMI S， TREXLER C. Mach 4 test results of a dual-flowpath， turbine based combined cycle inlet［C］∥ 14th AIAA/AHI Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference. Reston： AIAA， 2006.
[13]	XIANG X H， LIU Y， QIAN Z S. Aerodynamic design and numerical simulation of over-under turbine-based combined-cycle （TBCC） inlet mode transition［J］. Procedia Engineering， 2015， 99： 129-136.
[14]	李圣黄，孙波，唐琳，等. 攻角对TBCC进气道模态转换起动特性影响研究［J］. 兵器装备工程学报， 2022， 43（7）： 171-179.
	LI S H， SUN B， TANG L， et al. Influence of attack angle on starting characteristics of TBCC inlet during mode transition［J］. Journal of Ordnance Equipment Engineering， 2022， 43（7）： 171-179 （in Chinese）.
[15]	LI N， CHANG J T， JIANG C Z， et al. Unstart/restart hysteresis characteristics analysis of an over-under TBCC inlet caused by backpressure and splitter［J］. Aerospace Science and Technology， 2018， 72： 418-425.
[16]	YU H， ZHANG Y， CHEN L， et al. Characteristics of combined-cycle inlet during mode transition in off-design state［J］. AIAA Journal， 2023， 61（6）： 2601-2611.
[17]	CHEN L， ZHANG Y， ZHANG H， et al. Unsteady flow characteristics in an over-under TBCC inlet during mode transition under unthrottled and throttled conditions［J］. Chinese Journal of Aeronautics， 2024， 37（12）： 275-295.
[18]	肖玲斐，申涛，黄向华，等. 涡轮基组合循环发动机控制问题概述［J］. 燃气涡轮试验与研究， 2010， 23（3）： 59-62.
	XIAO L F， SHEN T， HUANG X H， et al. Survey on the control problem in turbine-based combined-cycle engine［J］. Gas Turbine Experiment and Research， 2010， 23（3）： 59-62 （in Chinese）.
[19]	袁永青，徐腾宏，叶巍. 三维内并联TBCC进气道模态转换过程气动特性研究［J］. 燃气涡轮试验与研究， 2023， 36（5）： 1-10.
	YUAN Y Q， XU T H， YE W. Aerodynamic characteristics of an over/under turbine based combined cycle inlet mode transition process［J］. Gas Turbine Experiment and Research， 2023， 36（5）： 1-10 （in Chinese）.
[20]	王德鑫，褚佑彪，刘难生，等. 高背压进气道中内外流耦合作用的大涡模拟［J］. 航空学报， 2021， 42（9）： 625754.
	WANG D X， CHU Y B， LIU N S， et al. Large-eddy simulation of external and internal coupling flow in high back pressure inlet［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2021， 42（9）： 625754 （in Chinese）.

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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

来流参数	数值
名义马赫数	3.0
实际马赫数	3.03
总压/kPa	393.34
静压/kPa	10.24
总温/K	288.20
静温/K	101.65
风洞可运行时间/s	60

压力测量点序号	X坐标/mm
A₁	190.7
A₂	237.5
A₃	297.5
A₄	352.1
A₅	415.8
A₆	469.1
A₇	526.8
B₁	338.3

ω/（（°）∙s^-1）	St/10^-4	OR_buzz/%	OR_res/%
7.25	1.922	28.663	51.792
1.45	0.384	23.667	52.314

外并联型进气道模态转换过程中低速通道再起动特性

Restart characteristics of low-speed duct during mode transition in an over-under inlet

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[1]	刘备, 达兴亚, 朱耀武, 易渊. 分布式推进飞行器纵向气动/推进耦合效应[J]. 航空学报, 2026, 47(4): 132280-132280.
[2]	孙伟, 张羽霓, 刘婷, 史喆羽, 林永峰. 旋翼流动对桨-涡干扰噪声的影响机理试验[J]. 航空学报, 2026, 47(3): 132182-132182.
[3]	杨一言, 傅岸祥, 王昱辉, 田照阳, 石磊. 高速火箭增强冲压发动机内转进气道气动设计与风洞试验[J]. 航空学报, 2026, 47(3): 132202-132202.
[4]	刘洋, 史勇杰, 徐国华. 低空复杂风场下旋翼气动干扰特性风洞试验[J]. 航空学报, 2026, 47(1): 632054-632054.
[5]	王科雷, 周洲, 李明浩. 动力翼单元松耦合设计方法研究及试验验证[J]. 航空学报, 2025, 46(9): 212-229.
[6]	魏礼响, 徐惊雷, 陈匡世, 黄帅, 葛建辉, 宋光韬. 宽域高超声速飞行器可调矢量喷管方案设计与性能研究[J]. 航空学报, 2025, 46(8): 631086-631086.
[7]	易贤, 任靖豪, 赖庆仁, 刘宇, 王强. 大型飞机全尺寸多段翼结冰特性计算和试验[J]. 航空学报, 2025, 46(5): 531575-531575.
[8]	万志强, 张珊珊, 王晓喆, 马靓, 许翱, 吴志刚, 杨超. 弹性飞机机动载荷分析与减缓技术综述[J]. 航空学报, 2025, 46(3): 30279-030279.
[9]	梁彬, 赵俊波, 付增良, 周家检, 周平, 张石玉, 孙玮琪. 气体质量引射对钝锥俯仰特性的影响[J]. 航空学报, 2025, 46(3): 130822-130822.
[10]	梁勇, 张卫国, 车兵辉, 袁红刚, 魏春华, 杨柠檬. 直升机全机气动噪声特性风洞试验[J]. 航空学报, 2025, 46(24): 132072-132072.
[11]	吴军强, 魏志, 刘洋, 钟敏, 杨福军, 余永刚. 民机标准模型体系及气动主题数据库建设[J]. 航空学报, 2025, 46(24): 132030-132030.
[12]	王伟, 李军府, 钱丰学, 谭玉婷, 赵彦, 赵博文, 陈晴, 宋科. 一种超声速民机低声爆高效气动布局风洞试验[J]. 航空学报, 2025, 46(20): 531941-531941.
[13]	张辉, 艾俊强, 秦坤, 唐祥希, 季军. 超声速引射排气系统推力特性风洞试验[J]. 航空学报, 2025, 46(20): 531934-531934.
[14]	陈正武, 姜裕标, 卢翔宇, 李抢斌. 开式转子气动噪声风洞试验[J]. 航空学报, 2025, 46(2): 130425-130425.
[15]	李学良, 李创创, 张亚寒, 苏伟, 吴杰. 分布式烧蚀形貌对高超声速平板边界层不稳定性影响[J]. 航空学报, 2025, 46(2): 130464-130464.