一种用于稳定激波的泄漏槽的流量计算方法技术

本发明专利技术涉及一种超音速来流条件下用于稳定激波的泄漏槽的流量计算方法。进气道结尾激波位置在稳定泄漏槽中的变化对泄漏流量有重要影响；本发明专利技术实施的流场区域为一个泄漏槽上下对称分布的等截面管道，且管道的上下壁面为滑移壁面（如图1所示），进口为均匀超声速来流，在给定压力室出口压强后，应用普朗特-迈耶函数和激波前后参数关系公式求得膨胀扇区后缘气流参数及激波后气流参数，再根据泄漏槽流量公式，得到X1≤X≤X3区间激波位置与泄漏槽流量的函数关系式（X=X1时，激波与膨胀波干涉区域的气流刚好全部流入泄漏槽；X=X3为弓形激波与泄漏槽进口的交点），因此，通过控制泄漏流量的大小，可以捕捉结尾激波在泄漏槽中的位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超音速来流条件下用于稳定激波的泄漏槽的流量计算方法，尤其是一种以激波位置为自变量的泄漏流量计算方法。
技术介绍
轴对称超声速进气道是吸气式动力装置的重要组成部分，其功能是利用迎面高速气流的速度冲压，有效地将其动能转化为位能，提高气流的压强，并为冲压发动机提供所需的空气流量。在进气道内激波与附面层间存在着强烈的干扰，这使进气道出口流场畸变加剧，总压恢复系数下降，有时还造成进气道流量壅塞；因此人们采取壁面开槽(孔)的方法来减弱激波与边界层的干涉和增强进气道的抗反压能力，以扩大其稳定工作裕度。进气道壁面的槽(孔)按所起到的主要作用，分为两种类型，如附图说明图1所示:第一种主要是清除壁面低能流体和抑制激波诱导分离，称之为性能泄漏；第二种主要是稳定喉道后面的结尾正激波，称之为稳定泄漏。许多专家学者已经通过实验研究了抽吸槽(孔)的大小、形状、孔的排列规律、开孔率以及抽吸槽(孔)的厚度对抽吸速度的影响。对于稳定泄漏，结尾激波能够把自己稳定在槽道内部，其前后位置的变化会改变进气道的泄漏流量和总压恢复系数；很多国内外学者专家通过数值模拟，计算求得不同结尾激波位置下进气道的性能参数，绘制成“cane curve”曲线，形象地描述两者之间的函数关系。但是，如何用基本的物理公式来定量地分析稳定泄漏的性能，函数化激波位置与泄漏流量之间的关系成为本专利技术所追求的目标。
技术实现思路
本专利技术的目的是用基本的物理公式来表达激波位置与泄漏流量之间的函数关系；为了形象地说明泄漏槽自动适应主流区出口反压变化，抵抗结尾激波的前移，本专利技术实施的流场区域为一个泄漏槽上下对称分布的等截面管道，且管道的上下壁面为滑移壁面，如图2所示。本专利技术实施的流场的相关参数定义如下，如图3所示。进口 气流参数:Main，Pt, Tt, Pin ；上下对称压力室出口给定相等的压力Ppl_ ;主流区进口高度H;泄漏槽轴向宽度D ;泄漏槽纵向深度L ;泄漏槽倾斜角度η ；激波在泄漏槽内部轴向位置X ；激波与壁面夹角V;膨胀波扇区前缘马赫角α ；膨胀波扇区后缘马赫角β ；膨胀扇区后缘气流流动的方向角Θ ；膨胀扇区后缘气流经过激波后的初始流动方向角Y和初始马赫数Ma2 ；膨胀扇区后缘气流经过激波后的总压Pt2 ；当超声速气 流流经泄漏槽时，由于泄漏槽出口压力PplmumF大于来流压力Pin，根据超声速流体的气动特性，在泄漏槽前缘会形成一个膨胀扇区；气流通过膨胀扇区是绝能等熵的过程，因而，在膨胀波前后，气流总参数不变，静参数只是Ma的函数，而Ma数又与气流的折转有关；给定泄漏槽的出口反压Pplmuffl，求出膨胀波后的Ma数，根据普朗特-迈耶函数，可以计算出超声速气流的膨胀波后的气流流动方向角Θ。根据以上确定的膨胀波后气流总参数和静参数，当给定激波在泄漏槽内的具体位置X，可以求出泄漏槽的流量，具体实施步骤为:(I)确定激波的三个位置X1、Χ2、Χ3，如图4所示。当激波位置为X=Xl时，激波与膨胀波干涉区域的流体刚好全部流入泄漏槽；当激波位置为Χ=Χ2时，激波与膨胀波干涉区域的气流刚好开始进入泄漏槽；当主流区出口反压过低，激波位于泄漏槽后缘的下游，超声速气流在泄漏槽后缘形成一道弓形激波，Χ=Χ3为弓形激波与泄漏槽进口的交点位置，且0<X1<X2<X3<D。位置Χ=Χ3 —般由数值计算获得；按步骤(2)中的流量公式，当激波位置由Χ=Χ3向前移动，泄漏流量渐渐变大，当泄漏流量大小能满足激波与膨胀波干涉区域的气流开始进入泄漏槽的要求时，此时的激波位置为Χ2 ;按步骤(3)中的修正系数xz=tanA/tan α对流量进行修正，激波由Χ=Χ2继续向前移动，泄漏流量继续变大，当泄漏流量大小能满足激波与膨胀波干涉区域的气流全部进入泄漏槽的要求时，此时的激波位置为XI。(2)当Χ2〈Χ〈Χ3时，根据膨胀扇区后缘气流经过激波后的总参数Pt2和Tt、初始流动方向角Y和初始马赫数Ma2,确定气流的discharge coefficient系数Cd和泄漏槽声速流量msmi。，泄漏槽流量公式表示为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于稳定激波的泄漏槽的流量计算方法，其特征在于:?（1）本专利技术实施的流场区域为一个泄漏槽上下对称分布的等截面管道，且管道的上下壁面为滑移壁面；给定流场区域的气流参数Main、Pt、Tt、Pin、Pplenum和结构参数H、L、D、η，应用普朗特?迈耶函数和激波前后参数关系公式求得膨胀扇区气流参数α、β、θ及激波后气流参数γ、Ma2、Pt2；?（2）当激波与膨胀波干涉区域气流进入泄漏槽时，需要对流量公式进行修正；?方法：如果0.528Pin≤Pplenum≤Pin，根据流经膨胀扇区的质量流量相等原则，将膨胀波扇区假设为一道膨胀波，波后气流各项参数与膨胀扇区后缘气流参数相同，求得膨胀波的马赫角λ；如果Pplenum<0.528Pin，则当X=X1时，流量修正系数为tanλ/tanα，当X=X2时，流量修正系数为1.0。?FDA00002735665900011.jpg

【技术特征摘要】
1.一种用于稳定激波的泄漏槽的流量计算方法，其特征在于: (1)本发明实施的流场区域为一个泄漏槽上下对称分布的等截面管道，且管道的上下壁面为滑移壁面；给定流场区域的气流参数Main、Pt、TpPil^Pplmum和结构参数H、L、D、η，应用普朗特-迈耶函数和激波前后参数关系公式求得膨胀扇区气流参数α、β、Θ及激波后气流参数Y、Ma2、Pt2 ； (2)当激波与膨胀波干涉区域气流进入泄漏槽时，需要对流量公式进行修正； 方法:如果0.528Pin ≤ Pplenim ≤ Pin，根据流经膨胀扇区的质量流量相等原则，将膨胀波扇区假设为一道膨胀波，波后气流各项参数与膨胀扇区后...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秋实，李绍斌，吕永召，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：