半柔壁喷管气动设计关键控制参数研究.pdfVIP

第29卷第1期 空气动力学学报 V01．29，No．I 201 1年2月 ACTAAERoDYNAMICA SIN]CA Feb．。2011 文章编号：0258．1825(2011)01-0039-8 半柔壁喷管气动设计关键控制参数研究 彭 强1’2，邓小刚1，廖达雄1’2，符澄1·2 (1．空气动力学国家重点实验室，四川绵阳621000； 2．中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所，四川绵阳621000) 摘要：采用数值模拟的手段，对半柔壁喷管流场进行模拟。主要目的是通过研究流场的均匀性，确定喷管各气动 设计控制参数对设计结果的影响，为半柔壁喷管的设计优化提供指导。本文着重研究了不同喷管最大膨胀角0。，喷 管半消波区控制参数0。，喷管半消波区分布控制参数m，边界层修正角，收缩段型面形式等因素对流场的影响。对 得到的结果进行了分析，初步确定了进行半柔壁喷管设计的控制参数，为下一步工作打下了基础。 关键词：数值模拟；超声速流场；半柔肇喷管；喷管设计 中图分类号：V211．3 文献标识码：A 效率大大提高。 0 引 言 超声速喷管是超声速风洞的核心部段，随着对超声 速风洞运行能力要求的不断提高，风洞超声速喷管的运 用形式经历了固块喷管、全柔壁喷管、半柔壁喷管的过 程。 早期超声速风洞喷管主要使用固块型式，它具有气 流品质好，流场重复精度高的特点。但因每个马赫数均 需一付对应的喷管，风洞造价高，运行效率低。因此，出 现了全柔壁超声速喷管。全柔壁喷管使用钢板作为喷 TsAGI 图1 T109风洞喷管 管型面材料，通过使用足够数量的执行机构，改变钢板 tunnelin 奢毽．1 ThenozzleofTl∞wind TsAGI 壁面形状，以达到或接近气动型面要求。全柔壁喷管具 有马赫数在一定范围内连续调节的优点，提高了风洞使 用效率，但由于需要保证钢板的弹性特性，喷管相对较 长，特别是对大尺寸超声速风洞，喷管柔壁的：jn-r会带 来较大的制造困难和经费压力，同时由于执行机构数量 较多，风洞喷管系统结构复杂，控制程序烦琐，在风洞运 行过程中一般不能连续变马赫数。随后，在航空发达国 家出现了超声速半柔壁喷管，如俄罗斯TsAGI的T109 风洞(图1)，法国莫当的S3超声速风洞(图2)。半柔 壁喷管中，喉道部分为固块，膨胀区使用柔壁，与全柔壁 ONERA 图2 s3风洞喷管 喷管相比，流场指标相当，柔板长度可减少近一半，经费 Fig．2ThenozzleofS3windtunnelinONERA 节省20％一40％，因执行机构大大减少，控制程序简 目前，国内超声速风洞的喷管主要使用周块模式， 洁，可在风洞运行过程中实现连续变马赫数，风洞运行 小部分超声速风洞使用全柔壁模式，如气动中心的FL ·收稿日期：2010一04一们；修订日期：2010—06一II． 基金项目：空气动力学国家莺点实验室基金资助(SKI_A2009A0103)，联合资助单位：空气动力学预先研究项目管理办公室 作者简介：彭强(1967一)，男，四川隆昌人．研究员，从事风洞气动设计工作． 万方数据