專利名稱：一種用于穩(wěn)定激波的泄漏槽的流量計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超音速來流條件下用于穩(wěn)定激波的泄漏槽的流量計(jì)算方法，尤其是一種以激波位置為自變量的泄漏流量計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
軸對稱超聲速進(jìn)氣道是吸氣式動(dòng)力裝置的重要組成部分，其功能是利用迎面高速氣流的速度沖壓，有效地將其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為位能，提高氣流的壓強(qiáng)，并為沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)提供所需的空氣流量。在進(jìn)氣道內(nèi)激波與附面層間存在著強(qiáng)烈的干擾，這使進(jìn)氣道出口流場畸變加劇，總壓恢復(fù)系數(shù)下降，有時(shí)還造成進(jìn)氣道流量壅塞；因此人們采取壁面開槽(孔)的方法來減弱激波與邊界層的干涉和增強(qiáng)進(jìn)氣道的抗反壓能力，以擴(kuò)大其穩(wěn)定工作裕度。進(jìn)氣道壁面的槽(孔)按所起到的主要作用，分為兩種類型，如

圖1所示:第一種主要是清除壁面低能流體和抑制激波誘導(dǎo)分離，稱之為性能泄漏；第二種主要是穩(wěn)定喉道后面的結(jié)尾正激波，稱之為穩(wěn)定泄漏。許多專家學(xué)者已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)研究了抽吸槽(孔)的大小、形狀、孔的排列規(guī)律、開孔率以及抽吸槽(孔)的厚度對抽吸速度的影響。對于穩(wěn)定泄漏，結(jié)尾激波能夠把自己穩(wěn)定在槽道內(nèi)部，其前后位置的變化會改變進(jìn)氣道的泄漏流量和總壓恢復(fù)系數(shù)；很多國內(nèi)外學(xué)者專家通過數(shù)值模擬，計(jì)算求得不同結(jié)尾激波位置下進(jìn)氣道的性能參數(shù)，繪制成“cane curve”曲線，形象地描述兩者之間的函數(shù)關(guān)系。但是，如何用基本的物理公式來定量地分析穩(wěn)定泄漏的性能，函數(shù)化激波位置與泄漏流量之間的關(guān)系成為本發(fā)明所追求的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是用基本的物理公式來表達(dá)激波位置與泄漏流量之間的函數(shù)關(guān)系；為了形象地說明泄漏槽自動(dòng)適應(yīng)主流區(qū)出口反壓變化，抵抗結(jié)尾激波的前移，本發(fā)明實(shí)施的流場區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)泄漏槽上下對稱分布的等截面管道，且管道的上下壁面為滑移壁面，如圖2所示。本發(fā)明實(shí)施的流場的相關(guān)參數(shù)定義如下，如圖3所示。進(jìn)口 氣流參數(shù):Main，Pt, Tt, Pin ；上下對稱壓力室出口給定相等的壓力Ppl_ ;主流區(qū)進(jìn)口高度H;泄漏槽軸向?qū)挾菵 ;泄漏槽縱向深度L ;泄漏槽傾斜角度η ；激波在泄漏槽內(nèi)部軸向位置X ；激波與壁面夾角V;膨脹波扇區(qū)前緣馬赫角α ；
膨脹波扇區(qū)后緣馬赫角β ；膨脹扇區(qū)后緣氣流流動(dòng)的方向角Θ ；膨脹扇區(qū)后緣氣流經(jīng)過激波后的初始流動(dòng)方向角Y和初始馬赫數(shù)Ma2 ；膨脹扇區(qū)后緣氣流經(jīng)過激波后的總壓Pt2 ；當(dāng)超聲速氣 流流經(jīng)泄漏槽時(shí)，由于泄漏槽出口壓力PplmumF大于來流壓力Pin，根據(jù)超聲速流體的氣動(dòng)特性，在泄漏槽前緣會形成一個(gè)膨脹扇區(qū)；氣流通過膨脹扇區(qū)是絕能等熵的過程，因而，在膨脹波前后，氣流總參數(shù)不變，靜參數(shù)只是Ma的函數(shù)，而Ma數(shù)又與氣流的折轉(zhuǎn)有關(guān)；給定泄漏槽的出口反壓Pplmuffl，求出膨脹波后的Ma數(shù)，根據(jù)普朗特-邁耶函數(shù)，可以計(jì)算出超聲速氣流的膨脹波后的氣流流動(dòng)方向角Θ。根據(jù)以上確定的膨脹波后氣流總參數(shù)和靜參數(shù)，當(dāng)給定激波在泄漏槽內(nèi)的具體位置X，可以求出泄漏槽的流量，具體實(shí)施步驟為:(I)確定激波的三個(gè)位置X1、Χ2、Χ3，如圖4所示。當(dāng)激波位置為X=Xl時(shí)，激波與膨脹波干涉區(qū)域的流體剛好全部流入泄漏槽；當(dāng)激波位置為Χ=Χ2時(shí)，激波與膨脹波干涉區(qū)域的氣流剛好開始進(jìn)入泄漏槽；當(dāng)主流區(qū)出口反壓過低，激波位于泄漏槽后緣的下游，超聲速氣流在泄漏槽后緣形成一道弓形激波，Χ=Χ3為弓形激波與泄漏槽進(jìn)口的交點(diǎn)位置，且0<X1<X2<X3<D。位置Χ=Χ3 —般由數(shù)值計(jì)算獲得；按步驟(2)中的流量公式，當(dāng)激波位置由Χ=Χ3向前移動(dòng)，泄漏流量漸漸變大，當(dāng)泄漏流量大小能滿足激波與膨脹波干涉區(qū)域的氣流開始進(jìn)入泄漏槽的要求時(shí)，此時(shí)的激波位置為Χ2 ;按步驟(3)中的修正系數(shù)xz=tanA/tan α對流量進(jìn)行修正，激波由Χ=Χ2繼續(xù)向前移動(dòng)，泄漏流量繼續(xù)變大，當(dāng)泄漏流量大小能滿足激波與膨脹波干涉區(qū)域的氣流全部進(jìn)入泄漏槽的要求時(shí)，此時(shí)的激波位置為XI。(2)當(dāng)Χ2〈Χ〈Χ3時(shí)，根據(jù)膨脹扇區(qū)后緣氣流經(jīng)過激波后的總參數(shù)Pt2和Tt、初始流動(dòng)方向角Y和初始馬赫數(shù)Ma2,確定氣流的discharge coefficient系數(shù)Cd和泄漏槽聲速流量msmi。，泄漏槽流量公式表示為:
權(quán)利要求
1.一種用于穩(wěn)定激波的泄漏槽的流量計(jì)算方法，其特征在于: (1)本發(fā)明實(shí)施的流場區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)泄漏槽上下對稱分布的等截面管道，且管道的上下壁面為滑移壁面；給定流場區(qū)域的氣流參數(shù)Main、Pt、TpPil^Pplmum和結(jié)構(gòu)參數(shù)H、L、D、η，應(yīng)用普朗特-邁耶函數(shù)和激波前后參數(shù)關(guān)系公式求得膨脹扇區(qū)氣流參數(shù)α、β、Θ及激波后氣流參數(shù)Y、Ma2、Pt2 ； (2)當(dāng)激波與膨脹波干涉區(qū)域氣流進(jìn)入泄漏槽時(shí)，需要對流量公式進(jìn)行修正； 方法:如果0.528Pin ≤ Pplenim ≤ Pin，根據(jù)流經(jīng)膨脹扇區(qū)的質(zhì)量流量相等原則，將膨脹波扇區(qū)假設(shè)為一道膨脹波，波后氣流各項(xiàng)參數(shù)與膨脹扇區(qū)后緣氣流參數(shù)相同，求得膨脹波的馬赫角λ ;如果PpleM〈0.528Pin，則兒=。當(dāng)X=Xl時(shí)，流量修正系數(shù)為tan λ /tana，當(dāng)X=X2時(shí)，流量修正系數(shù)為1.0。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于穩(wěn)定激波的泄漏槽的流量計(jì)算方法，其特征在于流場氣動(dòng)參數(shù) Main>l.0、Pin ≥ Pplenum、β ≥ O 和 ν=90°。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于穩(wěn)定激波的泄漏槽的流量計(jì)算方法，其特征在于流場結(jié)構(gòu)參數(shù) η=90。、H/D ≥ 2tana 和 0〈L/D〈3。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于穩(wěn)定激波的泄漏槽的流量計(jì)算方法，其特征在于當(dāng)Xl≤X≤X2時(shí)，流量修正系數(shù)為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超音速來流條件下用于穩(wěn)定激波的泄漏槽的流量計(jì)算方法。進(jìn)氣道結(jié)尾激波位置在穩(wěn)定泄漏槽中的變化對泄漏流量有重要影響；本發(fā)明實(shí)施的流場區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)泄漏槽上下對稱分布的等截面管道，且管道的上下壁面為滑移壁面(如圖1所示)，進(jìn)口為均勻超聲速來流，在給定壓力室出口壓強(qiáng)后，應(yīng)用普朗特-邁耶函數(shù)和激波前后參數(shù)關(guān)系公式求得膨脹扇區(qū)后緣氣流參數(shù)及激波后氣流參數(shù)，再根據(jù)泄漏槽流量公式，得到X1≤X≤X3區(qū)間激波位置與泄漏槽流量的函數(shù)關(guān)系式(X=X1時(shí)，激波與膨脹波干涉區(qū)域的氣流剛好全部流入泄漏槽；X=X3為弓形激波與泄漏槽進(jìn)口的交點(diǎn))，因此，通過控制泄漏流量的大小，可以捕捉結(jié)尾激波在泄漏槽中的位置。
文檔編號G06F19/00GK103077317SQ20131001431
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者李秋實(shí), 李紹斌, 呂永召 申請人:北京航空航天大學(xué)