超燃沖壓發(fā)動機(jī)變結(jié)構(gòu)進(jìn)氣道設(shè)計①

王 青，谷良賢，龔春林

(西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院，西安 710072)

0 引言

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭對高超聲速飛行器加速性、快速性等提出了更高要求。為此，發(fā)動機(jī)必須能在大馬赫數(shù)、攻角范圍內(nèi)高性能可靠工作。然而，傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道都是基于單一設(shè)計點的優(yōu)化，不能滿足大范圍高性能工作要求。因此，發(fā)動機(jī)變結(jié)構(gòu)設(shè)計成為必然。目前，已有學(xué)者對變結(jié)構(gòu)發(fā)動機(jī)進(jìn)行了有意義的探索研究，文獻(xiàn)［1］在超燃沖壓發(fā)動機(jī)研究中提出了發(fā)動機(jī)下底面可上下、前后移動的變結(jié)構(gòu)方案;文獻(xiàn)［2］在文獻(xiàn)［1］基礎(chǔ)上增加了燃燒室第二擴(kuò)張角變結(jié)構(gòu);文獻(xiàn)［3］提到進(jìn)氣道可變和燃燒室可變2種變結(jié)構(gòu)方案;文獻(xiàn)［4］采用了進(jìn)氣道唇板可上下、前后移動的變結(jié)構(gòu)方案。這些變結(jié)構(gòu)研究大多是基于單目標(biāo)的設(shè)計優(yōu)化，而對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道起動等設(shè)計要求，決定了超然沖壓發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道設(shè)計是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題［5－6］，基于單目標(biāo)的變結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不一定滿足進(jìn)氣道起動等要求。

本文基于多目標(biāo)優(yōu)化，對一種進(jìn)氣道楔形面轉(zhuǎn)折角、進(jìn)氣道高度及唇板長度和角度均可變的變結(jié)構(gòu)進(jìn)氣道進(jìn)行設(shè)計研究。首先，采用遺傳算法在設(shè)計點下對進(jìn)氣道進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，得到Pareto非劣解;然后，以Pareto非劣解中一組可行解為基準(zhǔn)，優(yōu)化得到不同馬赫數(shù)和攻角下的變結(jié)構(gòu)進(jìn)氣道;最后，通過曲線擬合得到進(jìn)氣道隨馬赫數(shù)和攻角變化的變結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)規(guī)律。

1 優(yōu)化設(shè)計模型

1.1 進(jìn)氣道設(shè)計模型和變結(jié)構(gòu)方案

進(jìn)氣道壓縮面數(shù)目越多，產(chǎn)生的激波系中斜激波數(shù)目越多，壓力損失越小，但進(jìn)氣道外殼的擴(kuò)散程度也越大，最終造成較大的外部激波阻力。……