高超声速冲压发动机-飞行器计力体系讨论 被引量：8

1

作者 白菡尘 王泽江 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期1-6,共6页

从吸气式高超声速飞行器受力分析出发,讨论如何统计飞行器受力的问题,建议在研究中使用增量法。这种方法将冲压发动机冷、热工况产生的力(力矩)增量视为飞行器运动分析中所需的"发动机推力或拉力",这个力或力矩分别叠加在飞... 从吸气式高超声速飞行器受力分析出发,讨论如何统计飞行器受力的问题,建议在研究中使用增量法。这种方法将冲压发动机冷、热工况产生的力(力矩)增量视为飞行器运动分析中所需的"发动机推力或拉力",这个力或力矩分别叠加在飞行器冷通气状态的力或力矩上。这样,就与传统的飞行器运动方程中的力建立了一一对应的关系,可最大限度地使用以往建立的数据获取方法、分析软件、实验技术体系,将给后续工作带来极大的便利。另外,使用此方法,实验容易获得高质量的数据,通过大量容易组织的冷态实验也可使数值模拟的准确度大大提高,使未来飞行器的运动分析结果更可信。在这个体系下,内流道的冷工况阻力(轴向力)是高超声速冲压发动机与飞行器一体化需考虑的重要问题,一方面飞行器总体任务设计需限定内流道冷阻范围,另一方面要使发动机在要求的冷阻范围内高效工作,后者是高超声速发动机研究面临的严峻挑战。 展开更多

关键词 高超声速 冲压发动机 飞行器 一体化受力分析 计力体系

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燃烧室工作过程对冲压发动机性能潜力的影响研究 被引量：2

2

作者 陈军 白菡尘 柳森 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期7-12,30,共7页

用准一维分析方法,在相同的入流条件下,假设将当量比为1的燃料热量全部添加到气流中,研究了燃烧室工作过程与性能之间的关系。结果表明,随着特征马赫数的增加,在相同飞行马赫数下,亚声速燃烧室所需扩张比逐渐减小,而双模态燃烧室所需扩... 用准一维分析方法,在相同的入流条件下,假设将当量比为1的燃料热量全部添加到气流中,研究了燃烧室工作过程与性能之间的关系。结果表明,随着特征马赫数的增加,在相同飞行马赫数下,亚声速燃烧室所需扩张比逐渐减小,而双模态燃烧室所需扩张比逐渐增大;亚声速燃烧室出现所需最小扩张比和最大比冲的特征马赫数分别是1和0,双模态燃烧室在最小特征马赫数时所需扩张比最小,获得的比冲最大,且与亚声速燃烧室能获得的最大比冲相差不大,在飞行马赫数4、5、6时,差值分别为5%、4%、3%;特征马赫数在亚声速范围内变化时发动机比冲的曲线比较平缓;壁面摩擦系数的变化对燃烧室所需扩张比的影响大于对比冲的影响。直连式实验获得的等截面燃烧室极限加热量数据证明了本方法的合理性。 展开更多

关键词 冲压发动机 准一维方法 工作过程 性能 扩张比

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双模态冲压发动机Ma6性能潜力受燃烧室入口参数影响的灵敏度分析 被引量：1

3

作者 陈军 柳森 +1 位作者 刘卫东 白菡尘 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期2422-2430,共9页

为系统掌握燃烧室入口参数对双模态冲压发动机性能潜力的影响,采用双模态冲压发动机燃烧室工作过程的一维分析方法,在飞行马赫数为6的不同燃烧室工作工况(即不同特征马赫数Mac)条件下,保持进气道捕获流量不变,研究了燃烧室入口马赫数Mai... 为系统掌握燃烧室入口参数对双模态冲压发动机性能潜力的影响,采用双模态冲压发动机燃烧室工作过程的一维分析方法,在飞行马赫数为6的不同燃烧室工作工况(即不同特征马赫数Mac)条件下,保持进气道捕获流量不变,研究了燃烧室入口马赫数Main和总压恢复系数σin对性能潜力(燃料比冲Isp,f)的影响。获得的数据表明,冲压发动机的性能潜力受燃烧室入口马赫数和总压恢复系数两者的综合影响,燃烧室入口马赫数越低、总压恢复系数越高,发动机性能潜力越大;在常见的燃烧室入口参数范围内(入口马赫数∈[2.4 3.5],入口总压恢复系数∈[0.3 0.7]),入口马赫数每减小0.1,燃料比冲增加约1.1%~1.8%,入口总压恢复系数越小,影响程度越大;入口总压恢复系数每增大0.1,燃料比冲增大约2.4%~4.0%,入口马赫数越大影响程度越大;存在燃烧室入口条件不同,但是发动机的比冲性能潜力相同的情况。对燃烧室分段过程的损失分析表明,在入口为超声速、加热段为亚声速(特征马赫数不大于1)工况条件下,入口马赫数增加导致燃烧区前激波串损失增大,是比冲性能降低的主要原因;燃烧室特征马赫数越大,燃烧过程导致的损失越大;从燃烧室入口到尾喷管出口全过程总压损失越小,获得的比冲性能越大。推导和拟合了冲压发动机冲量差燃料比冲随燃烧室入口马赫数和总压恢复系数的灵敏度关系式,与被拟合数据的差异在3%以内,该关系式可用于双模态冲压发动机部件参数匹配与流道一体化设计工作。 展开更多

关键词 双模态冲压发动机 一维方法 燃烧室入口参数 性能潜力 灵敏度分析

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非传统激波封口设计在高超声速进气道中应用可行性研究 被引量：3

4

作者 黄思源 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期976-981,共6页

在马赫数4,5,6条件下借助轴对称数值模拟对4个高超声速轴对称进气道性能,即传统激波封口进气道、非传统激波封口进气道、改进非传统激波封口进气道和弯曲激波进气道,进行了比较研究。传统激波封口设计要求进气道各道外压缩激波在设计状... 在马赫数4,5,6条件下借助轴对称数值模拟对4个高超声速轴对称进气道性能,即传统激波封口进气道、非传统激波封口进气道、改进非传统激波封口进气道和弯曲激波进气道,进行了比较研究。传统激波封口设计要求进气道各道外压缩激波在设计状态一起交于唇口,非传统激波封口设计要求各道外压缩激波分别在不同马赫数下交于唇口。结果表明:与传统激波封口进气道相比,非传统激波封口进气道在非设计状态的流量系数明显更高但在设计状态的总压恢复系数偏低;合理地改进设计能够减少非传统激波封口设计造成的总压损失。 展开更多

关键词 高超声速轴对称进气道 波系配置 可行性

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双截面聚焦纹影技术应用研究 被引量：6

5

作者 黄思源 谢爱民 白菡尘 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期92-96,共5页

通过支板尾流结构显示实验,研究了使用双截面聚焦纹影技术显示复杂流动的可行性。双截面聚焦纹影系统能在一次实验中得到两个不同位置的聚焦纹影图片,并能保证两张图片反映的是同一时刻的流场结构。比较了普通纹影与双截面聚焦纹影系统... 通过支板尾流结构显示实验,研究了使用双截面聚焦纹影技术显示复杂流动的可行性。双截面聚焦纹影系统能在一次实验中得到两个不同位置的聚焦纹影图片,并能保证两张图片反映的是同一时刻的流场结构。比较了普通纹影与双截面聚焦纹影系统捕捉三维流场结构的能力,证明聚焦纹影技术显示复杂流场是有潜力的。为使之能够清晰地反映复杂流场的三维特征,还需在缩小聚焦区厚度和提高信号质量方面做工作。 展开更多

关键词 直连式设备 光学系统 聚焦纹影 双截面 流场结构

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总焓模拟含水实验介质对双模态燃烧室过程与性能的影响分析 被引量：2

6

作者 陈军 白菡尘 柳森 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期112-118,共7页

为评估燃烧加热设备对冲压发动机地面结果的影响,采用经典准一维方法,考虑燃烧可能存在的化学平衡过程,结合所发展的工作过程物理模型,研究了地面模拟飞行马赫数4~7实验中、氢气-空气加热器采用总焓模拟标准时,含水实验介质对发动机释... 为评估燃烧加热设备对冲压发动机地面结果的影响,采用经典准一维方法,考虑燃烧可能存在的化学平衡过程,结合所发展的工作过程物理模型,研究了地面模拟飞行马赫数4~7实验中、氢气-空气加热器采用总焓模拟标准时,含水实验介质对发动机释热与面积匹配、性能潜力的影响规律。结果表明,在模拟总焓条件下,使用略大的燃烧室,燃料比冲数据和纯空气条件较为接近,Ma4~6条件下偏差不超过±1%,Ma7时不超过+3.1%,最大比冲对应的特征马赫数也和纯空气条件相同;但燃烧室所需扩张比、燃烧效率、空气比冲均大于纯空气条件,其中Ma4~7时空气比冲的最大偏差分别达到+2.2%,+4.5%,+8.3%,+14.4%,燃烧效率的偏差分别为+0.7%,+1.9%,+4.2%,+9.4%。这些数据的巧合与矛盾说明,需要在理解实验介质影响规律的基础上,建立纯空气应用时释热工作过程的再设计能力。 展开更多

关键词 冲压发动机 准一维方法 介质影响 性能与过程 总焓模拟

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化学平衡效应对冲压燃烧室性能潜力与工作过程关系的影响分析 被引量：2

7

作者 陈军 白菡尘 柳森 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期1345-1352,共8页

为了研究化学平衡效应对冲压发动机燃烧室性能潜力以及工作过程关系的影响,分析了考虑和不考虑化学平衡效应的准一维分析方法获得的三种典型冲压燃烧室工作过程与性能潜力的差别。研究结果表明,化学平衡效应减小了燃料的燃烧效率、燃烧... 为了研究化学平衡效应对冲压发动机燃烧室性能潜力以及工作过程关系的影响,分析了考虑和不考虑化学平衡效应的准一维分析方法获得的三种典型冲压燃烧室工作过程与性能潜力的差别。研究结果表明,化学平衡效应减小了燃料的燃烧效率、燃烧室所需扩张比以及比冲,改变了高飞行马赫数下燃烧室扩张比与性能的对应关系;不考虑化学平衡效应时,亚声速燃烧室的最大比冲略优于双模态燃烧室,亚声速燃烧室和双模态燃烧室的最大比冲都出现在特征马赫数最小时;当考虑化学平衡效应时,双模态燃烧室的最大比冲略优于亚声速燃烧室,亚声速燃烧室的最大比冲出现在特征马赫数1时,双模态燃烧室的最大比冲在飞行马赫数4,5,6,7时分别出现在特征马赫数0.3,0.4,0.7和1.5附近;在高飞行马赫数时,应研究确切的化学反应过程,以确切协调燃烧室设计关系。 展开更多

关键词 冲压发动机 化学平衡效应 工作过程 性能

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隔热结构对塞块式量热计热流测量的影响 被引量：7

8

作者 杨庆涛 白菡尘 +1 位作者 张涛 王辉 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期92-98,共7页

塞块式量热计是热结构试验中常用的热流传感器,其侧向传热是测量误差的重要来源。在对塞块式量热计传热分析的基础上,设计了一种改进型隔热结构,并提出了一种基于半无限大体假定的热损失修正方法。通过建立塞块式量热计的有限元数值模型... 塞块式量热计是热结构试验中常用的热流传感器,其侧向传热是测量误差的重要来源。在对塞块式量热计传热分析的基础上,设计了一种改进型隔热结构,并提出了一种基于半无限大体假定的热损失修正方法。通过建立塞块式量热计的有限元数值模型,分析了量热塞与隔热材料的接触热阻对数据处理结果的影响,在接触热阻较大时(R=1×10-3 m2·K/W),未修正时最大测量误差不超过-9%,而修正后最大误差超过了20%;在接触热阻较小时(R=1×10-4 m2·K/W),未修正时的最大测量误差约-20%,修正后则不大于1.5%。可见该修正方法只适用于接触热阻较小的情况。。数值模拟结果还表明,在隔热层表面附近增加金属尖楔的改进型结构,隔热材料最高温度从超过2000℃降低到300℃以下,有利于保护隔热材料不被烧损,间楔与传感器之间的换热面积只有总侧向面积的约2.9%,两者之间的换热几乎不影响数据处理方法的选择。 展开更多

关键词 塞块式量热计 侧向传热 热损失修正 隔热结构 热流测量

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脉冲风洞天平短时振荡测力数据稳态值提取的优化识别方法 被引量：4

9

作者 王锋 武龙 +1 位作者 吴东升 乐嘉陵 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期153-157,179,共6页

针对脉冲型风洞有效试验时间短、测力天平输出为大幅振荡信号的问题,提出了一种从振荡信号中提取稳态值的方法。忽略风洞启动段的数据,只取来流稳定段上的天平测力信号,将其看作是因受恒定载荷作用而处于非零稳态位置的多自由度系统由... 针对脉冲型风洞有效试验时间短、测力天平输出为大幅振荡信号的问题,提出了一种从振荡信号中提取稳态值的方法。忽略风洞启动段的数据,只取来流稳定段上的天平测力信号,将其看作是因受恒定载荷作用而处于非零稳态位置的多自由度系统由未知初始位移和速度引起的自由振动响应,用参数化的自由振动模型拟合测量输出,通过求解优化问题辨识出未知参数,其中就包含了所求的天平稳态输出值。用几个算例对方法进行了检验。 展开更多

关键词 脉冲风洞 天平 测力试验 参数识别

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前缘钝度对马赫数6平面压缩进气道流场的影响分析 被引量：5

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作者 杨波 白菡尘 +1 位作者 范孝华 吴岸平 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期501-509,共9页

高超声速飞行要求前缘钝化,钝化前缘将引起流场变化并影响进气道性能,进气道几何参数需要进行修正设计。为了解钝化前缘影响的程度及条件,为修正设计提供依据,采用S-A模型,研究了马赫数6条件下,固定外罩前缘钝度(Rc=2mm),前体前缘钝化(R... 高超声速飞行要求前缘钝化,钝化前缘将引起流场变化并影响进气道性能,进气道几何参数需要进行修正设计。为了解钝化前缘影响的程度及条件,为修正设计提供依据,采用S-A模型,研究了马赫数6条件下,固定外罩前缘钝度(Rc=2mm),前体前缘钝化(RN=1~6mm)对一种3+1波系平面压缩进气道流场特征和综合性能的影响。结果表明,前体前缘钝化引起外压缩激波偏离唇口、肩部分离区向上游传播,造成分离激波与其他激波形成复杂的相交结构,进而形成严重畸变的唇口弓形激波,在较大钝度(RN≥3mm)时激波干扰生成的滑移层进入内流道核心区,唇口弓形激波的畸变和大范围的滑移层吞入,是造成总压恢复系数严重下降的主要原因;外压缩激波的外移以及分离激波的介入是造成流量捕获急剧下降的主要原因。由此提示,应当通过合理的钝化设计或流场修正设计,使前体前缘钝化的进气道避免外压缩激波偏离唇口太远,并通过流动控制方法严格控制肩部分离区范围,勿使分离激波与其他激波干扰产生的滑移层进入内流道核心区范围,更要避免分离激波与唇口弓形激波在内流道核心区域相交。 展开更多

关键词 进气道 前体前缘钝度 流场畸变 性能

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薄壁量热计后壁面导热损失的影响与误差修正

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作者 杨庆涛 白菡尘 +1 位作者 刘济春 王辉 《传感器与微系统》 CSCD 2015年第12期47-50,共4页

薄壁量热计是气动热与热防护试验中常用的一种瞬态热流传感器,其热流测量原理是基于后壁绝热基本假设。实际上后壁与相邻环境之间总会存在一定的热量交换,使薄壁量热计测量的后壁温度响应与理想情况不同,造成测量误差。推导了薄壁后表... 薄壁量热计是气动热与热防护试验中常用的一种瞬态热流传感器,其热流测量原理是基于后壁绝热基本假设。实际上后壁与相邻环境之间总会存在一定的热量交换,使薄壁量热计测量的后壁温度响应与理想情况不同,造成测量误差。推导了薄壁后表面有无导热损失两种情况下的薄壁温度响应公式,利用数值分析验证了公式推导的正确性。在此基础上,对导热损失对测量结果的影响进行了分析,给出了考虑导热损失的热流修正方法和修正公式,并对修正效果进行了评价分析。 展开更多

关键词 薄壁量热计 导热损失 误差修正 热流测量

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