S彎進氣道不僅具備良好的隱身性能,而且結(jié)構(gòu)緊湊,軸向距離較短,在以渦噴發(fā)動機為動力的無人機設(shè)計中具有至關(guān)重要的作用。S彎進氣道大曲率的幾何特征會造成出口流場畸變較大,使流出S彎進氣道的氣流均勻性變差,容易使發(fā)動機發(fā)生喘振等事故。因此,開展S彎進氣道氣動特性的優(yōu)化研究具有重要意義。本文首先通過對S彎進氣道的幾何形狀進行優(yōu)化設(shè)計來提高進氣道的氣動特性,但僅通過外形優(yōu)化設(shè)計對進氣道氣動特性的改善有限,還需考慮流動控制技術(shù)。考慮到一些以渦噴發(fā)動機為動力的無人機為了冷卻發(fā)動機會在進氣道出口段布置溢流孔,本文創(chuàng)造性地提出基于溢流孔的流動控制技術(shù),以實現(xiàn)進氣道出口截面氣動特性的有效提高,并將其應(yīng)用于工程實際中。本文具體工作如下:（1）本文首先對某亞音速S彎進氣道的幾何形狀進行了優(yōu)化設(shè)計。搭建了基于NSGA-II優(yōu)化算法的S彎進氣道全自動多目標優(yōu)化平臺。利用搭建的優(yōu)化平臺,開展了S彎進氣道的全自動優(yōu)化設(shè)計,并最終得到優(yōu)化結(jié)果。通過對優(yōu)化前后進氣道的氣動性能進行對比分析發(fā)現(xiàn),在設(shè)計馬赫數(shù)時總壓恢復(fù)系數(shù)PR略有提高,總壓畸變改善明顯,相比下降54%。本文進一步對比分析了優(yōu)化前后的進氣道在不同來流馬赫數(shù)下的... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

應(yīng)用S彎進氣道的

浙江大學碩士學位論文1緒論11緒論1.1研究背景近十年來，無人機一直是國際航空科技領(lǐng)域最活躍和最重要的發(fā)展方向之一，尤其是在軍用領(lǐng)域，無人機已經(jīng)從傳統(tǒng)的戰(zhàn)場輔助裝備逐步發(fā)展為不可或缺的主戰(zhàn)裝備，在近年來的歷次局部戰(zhàn)爭中發(fā)揮出不可替代的作用。其中，以噴氣發(fā)動機為動力的亞音速無人機更是各國家發(fā)展的重點。對無人機而言，動力系統(tǒng)是其“心臟”，決定著無人機的關(guān)鍵性能與飛行品質(zhì)。而以噴氣發(fā)動機為動力的亞音速無人機一般需要通過進氣道為其引氣，可見進氣道是動力系統(tǒng)的“氣管”，是飛發(fā)匹配的重要組成部分，進氣系統(tǒng)性能的優(yōu)劣對無人機整體性能影響重大。進氣系統(tǒng)處于動力子系統(tǒng)的最上游，進氣道不僅需要為發(fā)動機提供所需的流量，而且要保證氣流的品級，滿足發(fā)動機進口對流場均勻性的要求。進氣道一般分為亞聲速進氣道、超聲速進氣道和高超聲速進氣道,其中亞聲速進氣道應(yīng)用最為廣泛。亞聲速進氣道是工作狀態(tài)在亞聲速范圍內(nèi)的進氣道，亞聲速進氣道的內(nèi)管道設(shè)計技術(shù)也是設(shè)計超聲速進氣道的基矗常見的亞聲速進氣道有皮托式、S形、蛇形等。皮托式進氣道主要應(yīng)用于民用飛機，S形、蛇形進氣道常用于各種無人機及巡航導(dǎo)彈中。(a)梟龍戰(zhàn)機(b)云影無人機圖1.1應(yīng)用S彎進氣道的梟龍戰(zhàn)機、云影無人機近年來，隱身性能成為大多數(shù)軍用無人機設(shè)計時需要考慮的一個重要因素。由此，具備良好隱身性能的S彎進氣道更加受到重視。另外，對于無人機總體設(shè)計而言，無人機的總體布置、質(zhì)量、成本等都和進氣道的設(shè)計有關(guān)。S彎進氣道結(jié)構(gòu)緊湊，軸向距離較短，尺寸較小[1]，因此可以有效減少飛機的總重并降低油

浙江大學碩士學位論文1緒論2耗。S彎進氣道因其優(yōu)良的隱身特性與緊湊的結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于先進戰(zhàn)機與無人機，如圖1.1梟龍戰(zhàn)機、云影無人機等。S彎進氣道通過管道沿程橫截面積的變化對氣流起到減速增壓的作用，本質(zhì)上相當于一個擴壓器。S彎進氣道有其獨特的流場結(jié)構(gòu)，2017年寧樂[2]等對S彎進氣道的內(nèi)部流場進行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)S彎進氣道內(nèi)部會產(chǎn)生逆主流方向的流動，這是因為進氣道內(nèi)部橫截面不斷擴大產(chǎn)生了逆壓梯度。從圖1.2給出的上下壁面靜壓分布圖可以看到，對于上壁面來說，在第一個彎處氣流壓強先上升后下降，在第二個彎處氣流壓強先下降后上升，下壁面的壓強分布正好與上壁面相反。在第一彎處，由于頂部壓強高于底部，會出現(xiàn)由頂部向底部的二次渦流，在第一彎處下壁面附面層增厚較少，但進入第二彎后，由于逆壓梯度的作用，下壁面附面層迅速增厚形成了一對渦，雖然附面層受到周向壓力梯度的作用有由底部移向頂部的趨勢，但由于壓力梯度不大，附面層仍然按原來的方向移動（如圖1.3所示）。在S彎進氣道出口截面可以看到底部有一個向上拱起的低能區(qū)，并且有一對反向旋轉(zhuǎn)的渦（如圖1.4所示）。圖1.2S彎進氣道上下壁面靜壓分布圖[2]圖1.3S彎進氣道內(nèi)部流場總壓恢復(fù)云圖及流線圖[2]

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]響應(yīng)面法在試驗設(shè)計與優(yōu)化中的應(yīng)用[J]. 李莉,張賽,何強,胡學斌.  實驗室研究與探索. 2015(08)
[3]S型進氣道隱身與氣動綜合特性數(shù)值分析[J]. 黃浩然,王宏偉.  航空計算技術(shù). 2015(02)
[4]半埋入式S彎進氣道設(shè)計及其優(yōu)化[J]. 劉雷,宋彥萍,陳煥龍,陳浮,崔可.  推進技術(shù). 2014(10)
[5]半埋入式S彎進氣道主動流動控制研究[J]. 劉雷,陳浮,宋彥萍,陳煥龍.  推進技術(shù). 2014(09)
[6]合成射流改善S形進氣道流場特性的研究[J]. 陳占軍,王晉軍.  中國科學:技術(shù)科學. 2012(09)
[7]S彎擴壓器中四種湍流模型的比較[J]. 張麗芬,劉振俠,呂亞國.  航空動力學報. 2008(10)
[8]蛇形進氣道地面工作狀態(tài)附面層抽吸試驗研究[J]. 靖建朋,郭榮偉.  南京航空航天大學學報. 2007(01)
[9]進口導(dǎo)流葉片對S彎進氣道出口旋流的抑制研究[J]. 郭榮偉,梁德旺,陳貽忠.  空氣動力學學報. 1996(02)
[10]S彎進氣道內(nèi)旋流的有源渦控研究[J]. 林麒,郭榮偉.  航空學報. 1989(01)

碩士論文
[1]兩種不同進口形狀的背負式S彎進氣道的氣動特性對比研究[D]. 賈煊.華中科技大學 2011
[2]半埋入式S彎進氣道優(yōu)化設(shè)計及主動流動控制技術(shù)研究[D]. 桑振坤.哈爾濱工業(yè)大學 2010
[3]亞音速進氣道的優(yōu)化設(shè)計[D]. 康磊.哈爾濱工業(yè)大學 2009



本文編號：3270037