進(jìn)口水平投影可控的流線追蹤內(nèi)收縮進(jìn)氣道設(shè)計(jì)

李永洲，李光熙，張堃元，馬 元

（1.西安航天動(dòng)力研究所，陜西西安710100；2.南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院，江蘇南京210016）

進(jìn)口水平投影可控的流線追蹤內(nèi)收縮進(jìn)氣道設(shè)計(jì)

李永洲1,2，李光熙1，張堃元2，馬 元1

（1.西安航天動(dòng)力研究所，陜西西安710100；2.南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院，江蘇南京210016）

為了滿足兩側(cè)進(jìn)氣布局飛行器的乘波前體與進(jìn)氣道一體化設(shè)計(jì)要求，提出了一種進(jìn)口水平投影可控的流線追蹤內(nèi)收縮進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法。基于馬赫數(shù)分布可控的軸對(duì)稱基準(zhǔn)流場(chǎng)，在指定進(jìn)口水平投影為橢圓的條件下，采用該方法設(shè)計(jì)了內(nèi)收縮進(jìn)氣道并在設(shè)計(jì)點(diǎn)(Ma=5.4)和接力點(diǎn) (Ma=4.0)對(duì)其進(jìn)行數(shù)值研究。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)進(jìn)氣道都能保持基準(zhǔn)流場(chǎng)的波系結(jié)構(gòu)和沿程壓力分布，無(wú)粘時(shí)可以全捕獲自由來(lái)流，喉道性能與基準(zhǔn)流場(chǎng)幾乎相等。有粘條件下，設(shè)計(jì)點(diǎn)和接力點(diǎn)時(shí)進(jìn)氣道具有較高的壓縮效率和良好的流量捕獲能力，接力點(diǎn)的流量系數(shù)高達(dá)0.85。該設(shè)計(jì)方法為內(nèi)收縮進(jìn)氣道與乘波前體的一體化設(shè)計(jì)提供了新途徑。

高超聲速；內(nèi)收縮進(jìn)氣道；流線追蹤；水平投影；反設(shè)計(jì)

0 引言

高性能的高超聲速進(jìn)氣道是吸氣式組合發(fā)動(dòng)機(jī)乃至整個(gè)飛行器成功設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，而內(nèi)收縮進(jìn)氣道以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注[1-3]。上世紀(jì)60年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)以Busemann進(jìn)氣道[4-5]為代表的內(nèi)收縮進(jìn)氣道開(kāi)展了大量研究工作。SCRAM(Supersonic Combustion Ramjet Missile)計(jì)劃設(shè)計(jì)了四模塊Busemann進(jìn)氣道，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)表明該類進(jìn)氣道性能優(yōu)良[6]。Drayna等在基準(zhǔn)Busemann流場(chǎng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)貝塞爾曲線將該基準(zhǔn)流場(chǎng)參數(shù)化表示，使用優(yōu)化算法可以獲得性能良好的進(jìn)氣道[7]。Rosli等在基準(zhǔn)Busemann流場(chǎng)的基礎(chǔ)上使用截面漸變函數(shù)得到了橢圓轉(zhuǎn)方形進(jìn)氣道并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值計(jì)算[8]。國(guó)內(nèi)孫波等對(duì)Busemann進(jìn)氣道開(kāi)展了較全面的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究[9]。王翼對(duì)Busemann進(jìn)氣道的起動(dòng)性能開(kāi)展了深入研究，通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)分析了起動(dòng)/不起動(dòng)狀態(tài)下流場(chǎng)的基本結(jié)構(gòu)[10]。

除了Busemann基準(zhǔn)流場(chǎng)，研究人員對(duì)其他類型基準(zhǔn)流場(chǎng)也進(jìn)行了積極探索。Matthews和Jones首先利用特征線法設(shè)計(jì)了等壓比和等楔角軸對(duì)稱基準(zhǔn)流場(chǎng)，并基于該流場(chǎng)設(shè)計(jì)了三模塊和四模塊的乘波式內(nèi)收縮進(jìn)氣道[11]。HYCAUSE計(jì)劃采用某種數(shù)值優(yōu)化過(guò)的基準(zhǔn)流場(chǎng)設(shè)計(jì)了橢圓進(jìn)口內(nèi)收縮進(jìn)氣道[12]。Smart基于截?cái)嗟牡怪玫褥貒姽芑鶞?zhǔn)流場(chǎng)提出了一種矩形轉(zhuǎn)橢圓的內(nèi)收縮進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法[13]。Sabean和Lewis在給定燃燒室進(jìn)口期望的氣流均勻程度條件下，用數(shù)值優(yōu)化的方法進(jìn)行了矩形轉(zhuǎn)圓內(nèi)通道設(shè)計(jì)[14]。國(guó)內(nèi)尤延鋮和梁德旺基于直/曲母線錐基準(zhǔn)流場(chǎng)設(shè)計(jì)了流線追蹤內(nèi)乘波進(jìn)氣道[15]，并進(jìn)一步結(jié)合吻切軸對(duì)稱理論提出了進(jìn)出口截面形狀同時(shí)可控的內(nèi)乘波進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法[16]。郭軍亮等以出口流場(chǎng)均勻?yàn)槟繕?biāo)，提出了兩種新型基準(zhǔn)流場(chǎng)，分別命名為ICFC流場(chǎng)和ICFD流場(chǎng)[17]。岳連捷等通過(guò)ICFA流場(chǎng)和優(yōu)化的樣條曲線來(lái)獲得出口總壓恢復(fù)最大的基準(zhǔn)流場(chǎng)[18]。肖雅彬等發(fā)展了一種等收縮比的變截面進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法，將三維流場(chǎng)分解為有限根收縮比相等的流管[19]。南向軍等提出了一種壓升規(guī)律可控的基準(zhǔn)流場(chǎng)設(shè)計(jì)方法[20]。以上絕大部分基準(zhǔn)流場(chǎng)采用正向設(shè)計(jì)方法[4-19]，壓縮面參數(shù)分布可控性較差，設(shè)計(jì)的進(jìn)氣道內(nèi)外壓縮比較難調(diào)整。另外，壓縮面沿程壓力梯度逐漸增加尤其是倒置等熵噴管基準(zhǔn)流場(chǎng)，這不但會(huì)造成進(jìn)氣道內(nèi)收縮比較大，起動(dòng)困難，而且容易誘發(fā)附面層分離。對(duì)于壓升可控的反設(shè)計(jì)基準(zhǔn)流場(chǎng)[11,20]，也存在流場(chǎng)內(nèi)部壓力分布無(wú)法控制的不足。因此，作者提出了一種給定基準(zhǔn)流場(chǎng)壓縮面的減速規(guī)律來(lái)反設(shè)計(jì)基準(zhǔn)流場(chǎng)的方法，不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流場(chǎng)內(nèi)部馬赫數(shù)分布的控制，而且可以設(shè)計(jì)出高性能的內(nèi)收縮進(jìn)氣道[21]。

基于內(nèi)收縮進(jìn)氣道具有的優(yōu)勢(shì)，其朝著與復(fù)雜前體一體化方向發(fā)展是必然趨勢(shì)。但是，上述傳統(tǒng)內(nèi)收縮進(jìn)氣道設(shè)計(jì)中[4-21]，往往將進(jìn)氣道視作單獨(dú)部件，很少同時(shí)考慮與復(fù)雜飛行器前體的一體化設(shè)計(jì)，僅給定進(jìn)口的軸向投影。對(duì)于Falcon計(jì)劃中HTV-3X[22]這類兩側(cè)進(jìn)氣布局的飛行器，在乘波前體型面尤其下表面確定的前提下，若按照傳統(tǒng)方法給定進(jìn)口軸向投影進(jìn)行內(nèi)收縮進(jìn)氣道設(shè)計(jì)[6-21]，由于入射激波的非線性，進(jìn)口對(duì)應(yīng)的水平投影要與前體前緣完全匹配存在很大難度，進(jìn)而造成進(jìn)氣道進(jìn)口附近的型面不會(huì)包覆在前體內(nèi)[20]，二者難以實(shí)現(xiàn)真正的一體化設(shè)計(jì)。因此，本文提出了一種進(jìn)口水平投影可控的流線追蹤內(nèi)收縮進(jìn)氣道設(shè)計(jì)方法，此時(shí)根據(jù)乘波前體前緣的水平投影、軸向包覆約束以及力矩特性來(lái)確定進(jìn)氣道整個(gè)進(jìn)口在水平面的投影形狀，然后通過(guò)調(diào)整乘波前體上表面實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的進(jìn)氣道完全包覆，從而進(jìn)氣道更易實(shí)現(xiàn)與前體型面尤其是前緣的一體化設(shè)計(jì)。本文在高性能馬赫數(shù)分布可控基準(zhǔn)流場(chǎng)的基礎(chǔ)上，以進(jìn)口水平投影為橢圓的內(nèi)收縮進(jìn)氣道為例闡述了整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，并采用數(shù)值仿真方法進(jìn)行驗(yàn)證。

1 內(nèi)收縮進(jìn)氣道設(shè)計(jì)

根據(jù)進(jìn)氣道的性能要求設(shè)計(jì)反正切馬赫數(shù)分布的軸對(duì)稱基準(zhǔn)流場(chǎng)，為了減弱反射激波，中心體是“下凹圓弧”設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)參數(shù)具體取值：型面設(shè)計(jì)馬赫數(shù)Mai=5.4，進(jìn)口半徑Ri=0.25 m，中心體半徑Rc/Ri=0.2，前緣壓縮角δ=4°。圖1給出了基準(zhǔn)流場(chǎng)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，該流場(chǎng)是典型的“兩波三區(qū)”結(jié)構(gòu)，前緣彎曲激波交于中心體起始點(diǎn)，經(jīng)過(guò)中心體反射的激波強(qiáng)度很弱，長(zhǎng)度L/Ri=4.2。基準(zhǔn)流場(chǎng)的總體性能較高，在增壓比p/p0為17.6時(shí)，總壓恢復(fù)系數(shù)σ達(dá)到了0.96，出口馬赫數(shù)分布較均勻，平均為3.16。

在上述基準(zhǔn)流場(chǎng)中，采用流線追蹤技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)口水平投影可控的內(nèi)收縮進(jìn)氣道設(shè)計(jì)。具體步驟如下：

步驟1 根據(jù)乘波前體前緣的水平投影、軸向包覆約束以及力矩特性來(lái)確定進(jìn)氣道整個(gè)進(jìn)口在水平面的投影。本文以橢圓進(jìn)口為例來(lái)描述整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，如圖2所示，橢圓長(zhǎng)半軸與基準(zhǔn)流場(chǎng)對(duì)稱軸重合，橢圓前緣與基準(zhǔn)流場(chǎng)起始線相切。橢圓短半軸的尺寸需要滿足前體前緣的寬度要求，長(zhǎng)半軸的尺寸不但需滿足前體前緣的長(zhǎng)度要求，也要盡可能減小前體軸向包覆的高度。經(jīng)過(guò)計(jì)算，橢圓長(zhǎng)半軸取0.36 m，短半軸取0.125 m，Di為進(jìn)口橢圓中心與基準(zhǔn)流場(chǎng)起始線距離，Di=0.36 m。

步驟2 在馬赫數(shù)分布可控的基準(zhǔn)流場(chǎng)中，根據(jù)給定的進(jìn)口水平投影完成進(jìn)氣道設(shè)計(jì)。由于進(jìn)口水平投影的幾何對(duì)稱性，只需在0～180°之間取足夠多的流線即可。對(duì)于每個(gè)角度對(duì)應(yīng)的流線，在基準(zhǔn)流場(chǎng)中按照進(jìn)口水平投影的兩個(gè)已知坐標(biāo)求出這條流線與前緣激波面相交點(diǎn)的第三個(gè)坐標(biāo)，接著采用流線追蹤技術(shù)從該點(diǎn)出向后追蹤流線。按照同樣的方法獲得所有角度的流線，這些流線構(gòu)成的流面便是進(jìn)口水平投影為橢圓的進(jìn)氣道無(wú)粘型面（圖3），其進(jìn)口對(duì)應(yīng)的軸向投影下部近似為圓弧，上部下凹，這也說(shuō)明該設(shè)計(jì)方法可以生成傳統(tǒng)復(fù)雜軸向進(jìn)口投影的進(jìn)氣道。進(jìn)氣道的總收縮比Rct=7.0，內(nèi)收縮比Rci=2.07。

步驟3 對(duì)進(jìn)氣道無(wú)粘型面進(jìn)行附面層修正。有粘條件下，進(jìn)氣道存在激波附面層相干甚至分離，附面層的精確計(jì)算存在很大難度。文獻(xiàn) [7]給出了一種簡(jiǎn)單有效的位移厚度δ計(jì)算方法（式1），文中也采用該方法沿著每條流線進(jìn)行附面層修正。修正后的進(jìn)氣道總收縮比降為5.0，內(nèi)收縮比為1.71，等直隔離段長(zhǎng)度均取6倍的喉道當(dāng)量直徑。

式中：x為軸向坐標(biāo)；a和b為系數(shù)。

步驟4 檢驗(yàn)進(jìn)氣道與乘波前體的匹配性，并通過(guò)調(diào)整前體上表面實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的進(jìn)氣道完全包覆。若沒(méi)有達(dá)到匹配要求，需要繼續(xù)調(diào)整進(jìn)口的水平投影直至滿足。

以上研究表明，本文設(shè)計(jì)方法與僅針對(duì)單個(gè)進(jìn)氣道部件的傳統(tǒng)方法不同，其出發(fā)點(diǎn)是一體化的進(jìn)氣道與前體。

2 數(shù)值計(jì)算方法

采用Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，無(wú)粘條件下采用二階迎風(fēng)格式求解歐拉方程。有粘條件下，通量差分采用Advection Upstream Splitting Method（AUSM） 格式，湍流模型為兩方程的 Re-Normalization Group（RNG） k-ε模型，近壁處采用非平衡壁面函數(shù)。流動(dòng)方程、k方程、ε方程均選擇二階迎風(fēng)格式離散。分子粘性系數(shù)采用Sutherland公式計(jì)算，壁面取絕熱無(wú)滑移和固體邊界條件，進(jìn)口和出口分別采用壓力遠(yuǎn)場(chǎng)和壓力出口邊界條件。由于模型的對(duì)稱性，取其一半進(jìn)行計(jì)算，壁面附近的網(wǎng)格局部加密。各殘差指標(biāo)至少下降3個(gè)數(shù)量級(jí)，并且流量守恒時(shí)認(rèn)為收斂。文獻(xiàn) [10,21]對(duì)該計(jì)算方法的可信度進(jìn)行了校核，結(jié)果表明，該方法能較準(zhǔn)確地模擬高超內(nèi)收縮進(jìn)氣道的復(fù)雜流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算結(jié)果具有較高的可信度。下文中：設(shè)計(jì)點(diǎn)馬赫數(shù)5.4，靜壓2549.22 Pa，靜溫221.55 K；接力點(diǎn)馬赫數(shù)4.0，靜壓5529.3 Pa，靜溫216.65 K。

3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

在無(wú)粘條件下對(duì)進(jìn)氣道無(wú)粘構(gòu)型進(jìn)行三維數(shù)值計(jì)算，對(duì)粘性修正后的進(jìn)氣道進(jìn)行有粘計(jì)算，二者進(jìn)行對(duì)比并評(píng)估修正效果。

3.1 設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)進(jìn)氣道的流場(chǎng)特點(diǎn)

圖4可以看出，設(shè)計(jì)點(diǎn)Ma=5.4時(shí)不論是無(wú)粘 (Inviscid)還是有粘 (Viscous)結(jié)果，進(jìn)氣道的波系結(jié)構(gòu)與基準(zhǔn)流場(chǎng)一致，前緣激波為彎曲激波且緊貼唇口，唇口激波很弱且截至在喉道處。無(wú)粘時(shí)隔離段內(nèi)明顯存在兩道激波，有粘時(shí)隔離段內(nèi)明顯存在上部低速區(qū)和下部高速區(qū)。

圖5可看出，無(wú)粘時(shí)喉道和出口馬赫數(shù)分布基本均勻，有粘時(shí)氣流在橫向壓力梯度下沿側(cè)板附面層開(kāi)始向?qū)ΨQ面方向下洗，隔離段內(nèi)出現(xiàn)渦流區(qū)直至出口，出口渦流區(qū)約占出口截面一半。相對(duì)無(wú)粘結(jié)果，有粘時(shí)喉道和出口主流區(qū)內(nèi)的馬赫數(shù)分布基本相等，出口馬赫數(shù)介于3.1與3.2之間。

圖6可以看出，進(jìn)氣道外壓段是軸對(duì)稱激波并且緊貼進(jìn)氣道前緣，無(wú)粘流量系數(shù)達(dá)到1.0，有粘時(shí)唇口附近存在很小的溢流，流量系數(shù)達(dá)到0.98。無(wú)粘時(shí)隔離段內(nèi)氣流均勻，有粘時(shí)隔離段內(nèi)渦流區(qū)不斷發(fā)展直至出口截面。

圖7給出了設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)基準(zhǔn)流場(chǎng)、進(jìn)氣道無(wú)粘型面和粘性修正后型面在對(duì)稱面與頂板交線處的壓力分布，三者都呈典型的反正切曲線規(guī)律。進(jìn)氣道無(wú)粘型面與基準(zhǔn)流場(chǎng)吻合良好，流線追蹤進(jìn)氣道可以保持基準(zhǔn)流場(chǎng)的參數(shù)分布規(guī)律。此外，粘性修正的進(jìn)氣道也可以保持基準(zhǔn)流場(chǎng)的壓力分布，說(shuō)明粘性修正比較理想，只是唇口激波入射點(diǎn)更靠前造成壓力躍升點(diǎn)提前。

3.2 接力點(diǎn)時(shí)進(jìn)氣道的流場(chǎng)特點(diǎn)

圖8可以看出，接力點(diǎn)Ma=4.0時(shí)無(wú)粘和有粘計(jì)算的外壓段波系結(jié)構(gòu)一致，前緣彎曲激波初始段開(kāi)始變直且與唇口存在一定距離，唇口激波更弱。無(wú)粘時(shí)隔離段內(nèi)的波系結(jié)構(gòu)清晰，有粘時(shí)波系較弱且有低速區(qū)。

圖9可以看出，無(wú)粘時(shí)喉道和出口的馬赫數(shù)分布均勻，平均約為2.1。有粘時(shí)出口渦流區(qū)減小為出口截面的四分之一，喉道和出口截面主流區(qū)的平均馬赫數(shù)約為2.2，而整個(gè)出口截面的平均馬赫數(shù)只有1.95。

圖10可以看出，無(wú)粘和有粘時(shí)進(jìn)氣道外壓段激波結(jié)構(gòu)基本一致，外壓段前部的圓弧激波較好地貼近前緣，靠近唇口時(shí)激波開(kāi)始遠(yuǎn)離前緣，因此進(jìn)氣道在低馬赫數(shù)時(shí)可以保持良好的流量捕獲能力。

從以上設(shè)計(jì)點(diǎn)和接力點(diǎn)時(shí)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)看，粘性修正結(jié)果理想，無(wú)粘和有粘時(shí)進(jìn)氣道核心區(qū)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)基本相同。

3.3 進(jìn)氣道的總體性能

表1給出了設(shè)計(jì)點(diǎn)和接力點(diǎn)時(shí)進(jìn)氣道的總體性能參數(shù)，按照流量加權(quán)平均獲得，其中Inv表示無(wú)粘計(jì)算，Vis表示有粘計(jì)算，φ為流量系數(shù)，D為總阻力，CD為總阻力系數(shù)（式2）。下標(biāo)th表示喉道截面，e表示出口截面。

式中：ρ0和v0分別為來(lái)流密度和速度；A為進(jìn)氣道進(jìn)口捕獲面積。

設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)，無(wú)粘時(shí)進(jìn)氣道可以全捕獲來(lái)流，喉道性能參數(shù)與基準(zhǔn)流場(chǎng)差別很小。流場(chǎng)（3.1節(jié)）和總體性能表明，該進(jìn)氣道可以保持基準(zhǔn)流場(chǎng)的特性。相對(duì)無(wú)粘結(jié)果，有粘時(shí)進(jìn)氣道增壓比降低，喉道總壓恢復(fù)系數(shù)也降低了25.0%，壓差阻力幾乎不變，此時(shí)摩擦阻力約占總阻力的45%，從而總阻力系數(shù)相對(duì)增加了83%。另外，渦流區(qū)造成出口總壓恢復(fù)系數(shù)相對(duì)喉道降低20.8%。

接力點(diǎn)時(shí)，無(wú)粘和有粘流量系數(shù)基本相等，約為0.84。相對(duì)無(wú)粘性能，有粘時(shí)增壓比下降最明顯，喉道增壓比和總壓恢復(fù)系數(shù)分別下降了22.7%和15.3%，壓差阻力相對(duì)降低了15%，此時(shí)摩擦阻力約占總阻力的25%，總阻力系數(shù)相對(duì)無(wú)粘時(shí)增加了13%。高馬赫數(shù)時(shí)粘性對(duì)阻力的影響更大，但是低馬赫數(shù)的阻力系數(shù)絕對(duì)值更高。總體而言，與文獻(xiàn) [21]給出的進(jìn)氣道總體性能相比，該進(jìn)氣道設(shè)計(jì)點(diǎn)和接力點(diǎn)均具有較高性能。

表1 設(shè)計(jì)點(diǎn)和接力點(diǎn)時(shí)進(jìn)氣道總體性能參數(shù)Tab.1 General performance parameters of the inlet at design and relay points

4 結(jié)論

1)采用流線追蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口水平投影可控的內(nèi)收縮進(jìn)氣道設(shè)計(jì)，數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明該方法可行，為與乘波前體的一體化設(shè)計(jì)提供了新途徑。

2)無(wú)粘條件下，橢圓進(jìn)口進(jìn)氣道的流場(chǎng)特征和沿程壓力分布與基準(zhǔn)流場(chǎng)一致，設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)喉道截面參數(shù)與基準(zhǔn)流場(chǎng)幾乎相等，可以全捕獲來(lái)流，接力點(diǎn)時(shí)流量系數(shù)高達(dá)0.84。

3)有粘條件下，設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)進(jìn)氣道的流場(chǎng)核心區(qū)基本保持了基準(zhǔn)流場(chǎng)的流動(dòng)特征和沿程壓力分布，證明粘性修正方法可行。

4)粘性對(duì)進(jìn)氣道總體性能影響明顯，但是出口流場(chǎng)和總體性能仍然較高。相對(duì)無(wú)粘性能，設(shè)計(jì)點(diǎn)和接力點(diǎn)時(shí)喉道總壓恢復(fù)系數(shù)分別降低25.0%和15.3%，絕對(duì)值分別高達(dá)0.72和0.83。

5)高馬赫數(shù)時(shí)粘性對(duì)總阻力的影響更大，設(shè)計(jì)點(diǎn)和接力點(diǎn)時(shí)摩擦阻力分別占總阻力的45%和25%。

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（編輯：陳紅霞）

Design on stream line tracing inward turning inlet w ith controlled horizontalprojection of intake

LIYongzhou1,2,LIGuangxi1,ZHANG Kunyuan2,MA Yuan1
（1.Xi’an Aerospace Propulsion Institute,Xi’an 710100,China;2.College of Energy and Power Engineering,Nanjing University of Aeronauticsand Astronautics,Nanjing 210016,China）

A designmethod has been presented for stream line tracing inward turning inletw ith controlled horizontal projection of intake in order to meet the integrated design requirements of waverider forebody and inletw ith both sides intake configuration vehicle.Based on the axisymmetric basic flow fieldw ith controllableMach numberdistribution,the inward turning inletisdesignedw ith an elliptical horizontal projection of intake utilizing thismethod.Numerical simulation is conducted at design(Ma=5.4)and relay point(Ma=4.0).The results indicate that the inletcan retainwave structure and pressure distribution of basic flow field,and capture all of free incom ing flow on the inviscidcondition at design point.Its performance of throat plane is almost equal to basic flow field.On the viscous condition,the inlethas high compression efficiency and flow capture ratio at design and relay point.The flow coefficient is0.85 at relay point.The designmethod provides a new approach for the integrated design of inward turning inletandwaverider forebody.

hypersonic;inward turning inlet;stream line tracing;horizontal projection;inverse design

V434-34

A

1672-9374(2017)03-0028-07

2017-03-30；

2017-04-13

基礎(chǔ)科研計(jì)劃（JCKY2016203C050）

李永洲（1984—），男，博士，工程師，研究領(lǐng)域?yàn)楦叱曀俳M合發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)