一種用于穩定激波的泄漏槽的流量計算方法技術

本發明專利技術涉及一種超音速來流條件下用于穩定激波的泄漏槽的流量計算方法。進氣道結尾激波位置在穩定泄漏槽中的變化對泄漏流量有重要影響；本發明專利技術實施的流場區域為一個泄漏槽上下對稱分布的等截面管道，且管道的上下壁面為滑移壁面（如圖1所示），進口為均勻超聲速來流，在給定壓力室出口壓強后，應用普朗特-邁耶函數和激波前后參數關系公式求得膨脹扇區后緣氣流參數及激波后氣流參數，再根據泄漏槽流量公式，得到X1≤X≤X3區間激波位置與泄漏槽流量的函數關系式（X=X1時，激波與膨脹波干涉區域的氣流剛好全部流入泄漏槽；X=X3為弓形激波與泄漏槽進口的交點），因此，通過控制泄漏流量的大小，可以捕捉結尾激波在泄漏槽中的位置。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種超音速來流條件下用于穩定激波的泄漏槽的流量計算方法，尤其是一種以激波位置為自變量的泄漏流量計算方法。
技術介紹
軸對稱超聲速進氣道是吸氣式動力裝置的重要組成部分，其功能是利用迎面高速氣流的速度沖壓，有效地將其動能轉化為位能，提高氣流的壓強，并為沖壓發動機提供所需的空氣流量。在進氣道內激波與附面層間存在著強烈的干擾，這使進氣道出口流場畸變加劇，總壓恢復系數下降，有時還造成進氣道流量壅塞；因此人們采取壁面開槽(孔)的方法來減弱激波與邊界層的干涉和增強進氣道的抗反壓能力，以擴大其穩定工作裕度。進氣道壁面的槽(孔)按所起到的主要作用，分為兩種類型，如附圖說明圖1所示:第一種主要是清除壁面低能流體和抑制激波誘導分離，稱之為性能泄漏；第二種主要是穩定喉道后面的結尾正激波，稱之為穩定泄漏。許多專家學者已經通過實驗研究了抽吸槽(孔)的大小、形狀、孔的排列規律、開孔率以及抽吸槽(孔)的厚度對抽吸速度的影響。對于穩定泄漏，結尾激波能夠把自己穩定在槽道內部，其前后位置的變化會改變進氣道的泄漏流量和總壓恢復系數；很多國內外學者專家通過數值模擬，計算求得不同結尾激波位置下進氣道的性能參數，繪制成“cane curve”曲線，形象地描述兩者之間的函數關系。但是，如何用基本的物理公式來定量地分析穩定泄漏的性能，函數化激波位置與泄漏流量之間的關系成為本專利技術所追求的目標。
技術實現思路
本專利技術的目的是用基本的物理公式來表達激波位置與泄漏流量之間的函數關系；為了形象地說明泄漏槽自動適應主流區出口反壓變化，抵抗結尾激波的前移，本專利技術實施的流場區域為一個泄漏槽上下對稱分布的等截面管道，且管道的上下壁面為滑移壁面，如圖2所示。本專利技術實施的流場的相關參數定義如下，如圖3所示。進口 氣流參數:Main，Pt, Tt, Pin ；上下對稱壓力室出口給定相等的壓力Ppl_ ;主流區進口高度H;泄漏槽軸向寬度D ;泄漏槽縱向深度L ;泄漏槽傾斜角度η ；激波在泄漏槽內部軸向位置X ；激波與壁面夾角V;膨脹波扇區前緣馬赫角α ；膨脹波扇區后緣馬赫角β ；膨脹扇區后緣氣流流動的方向角Θ ；膨脹扇區后緣氣流經過激波后的初始流動方向角Y和初始馬赫數Ma2 ；膨脹扇區后緣氣流經過激波后的總壓Pt2 ；當超聲速氣 流流經泄漏槽時，由于泄漏槽出口壓力PplmumF大于來流壓力Pin，根據超聲速流體的氣動特性，在泄漏槽前緣會形成一個膨脹扇區；氣流通過膨脹扇區是絕能等熵的過程，因而，在膨脹波前后，氣流總參數不變，靜參數只是Ma的函數，而Ma數又與氣流的折轉有關；給定泄漏槽的出口反壓Pplmuffl，求出膨脹波后的Ma數，根據普朗特-邁耶函數，可以計算出超聲速氣流的膨脹波后的氣流流動方向角Θ。根據以上確定的膨脹波后氣流總參數和靜參數，當給定激波在泄漏槽內的具體位置X，可以求出泄漏槽的流量，具體實施步驟為:(I)確定激波的三個位置X1、Χ2、Χ3，如圖4所示。當激波位置為X=Xl時，激波與膨脹波干涉區域的流體剛好全部流入泄漏槽；當激波位置為Χ=Χ2時，激波與膨脹波干涉區域的氣流剛好開始進入泄漏槽；當主流區出口反壓過低，激波位于泄漏槽后緣的下游，超聲速氣流在泄漏槽后緣形成一道弓形激波，Χ=Χ3為弓形激波與泄漏槽進口的交點位置，且0<X1<X2<X3<D。位置Χ=Χ3 —般由數值計算獲得；按步驟(2)中的流量公式，當激波位置由Χ=Χ3向前移動，泄漏流量漸漸變大，當泄漏流量大小能滿足激波與膨脹波干涉區域的氣流開始進入泄漏槽的要求時，此時的激波位置為Χ2 ;按步驟(3)中的修正系數xz=tanA/tan α對流量進行修正，激波由Χ=Χ2繼續向前移動，泄漏流量繼續變大，當泄漏流量大小能滿足激波與膨脹波干涉區域的氣流全部進入泄漏槽的要求時，此時的激波位置為XI。(2)當Χ2〈Χ〈Χ3時，根據膨脹扇區后緣氣流經過激波后的總參數Pt2和Tt、初始流動方向角Y和初始馬赫數Ma2,確定氣流的discharge coefficient系數Cd和泄漏槽聲速流量msmi。，泄漏槽流量公式表示為:本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于穩定激波的泄漏槽的流量計算方法，其特征在于:?（1）本專利技術實施的流場區域為一個泄漏槽上下對稱分布的等截面管道，且管道的上下壁面為滑移壁面；給定流場區域的氣流參數Main、Pt、Tt、Pin、Pplenum和結構參數H、L、D、η，應用普朗特?邁耶函數和激波前后參數關系公式求得膨脹扇區氣流參數α、β、θ及激波后氣流參數γ、Ma2、Pt2；?（2）當激波與膨脹波干涉區域氣流進入泄漏槽時，需要對流量公式進行修正；?方法：如果0.528Pin≤Pplenum≤Pin，根據流經膨脹扇區的質量流量相等原則，將膨脹波扇區假設為一道膨脹波，波后氣流各項參數與膨脹扇區后緣氣流參數相同，求得膨脹波的馬赫角λ；如果Pplenum<0.528Pin，則當X=X1時，流量修正系數為tanλ/tanα，當X=X2時，流量修正系數為1.0。?FDA00002735665900011.jpg

【技術特征摘要】
1.一種用于穩定激波的泄漏槽的流量計算方法，其特征在于: (1)本發明實施的流場區域為一個泄漏槽上下對稱分布的等截面管道，且管道的上下壁面為滑移壁面；給定流場區域的氣流參數Main、Pt、TpPil^Pplmum和結構參數H、L、D、η，應用普朗特-邁耶函數和激波前后參數關系公式求得膨脹扇區氣流參數α、β、Θ及激波后氣流參數Y、Ma2、Pt2 ； (2)當激波與膨脹波干涉區域氣流進入泄漏槽時，需要對流量公式進行修正； 方法:如果0.528Pin ≤ Pplenim ≤ Pin，根據流經膨脹扇區的質量流量相等原則，將膨脹波扇區假設為一道膨脹波，波后氣流各項參數與膨脹扇區后...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李秋實，李紹斌，呂永召，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：