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变循环发动机(VCE)是下一代飞行器的最有前景的动力方案,而前涵道引射器(FVABI)是变循环发动机变涵道比的关键部件之一。本文利用数值仿真得到了前涵道引射器的基本流场特征并进行了优化设计,通过理论分析、数值仿真以及试验研究对前涵道引射器掺混特性进行研究,设计了气动性能良好的前涵道引射器,得到了设计前涵道引射器的经验,分别与分流段、后涵道引射器(RVABI)进行了匹配分析,初步研究了强化掺混的方法。主要内容如下:
首先通过基础方案得到了前涵道引射器的基本流场,通过基本流场发现前涵道引射器两股气流速度差大的特征。借助等压掺混理论与混合器理论计算,对前涵道引射器大速差掺混的总压损失进行了理论分析,得到了影响掺混损失的两个关键因素:流量比与速度差。基于基本流场研究了角度对掺混的影响,对掺混段的设计进行了研究,得到了初步优化方案。通过数值仿真得到了前涵道引射器掺混特性图。利用初步优化的方案与分流段进行匹配分析,得到了分流段对前涵道引射器的影响。
设计了前涵道引射器简化模型,并设计了试验方案。通过试验研究三种掺混角度、流量比以及压比对掺混的影响,并通过得到的试验数据对仿真计算的准确性进行验证。通过试验得到了单涵道模式时不同掺混角度下出口总压恢复系数与CDFS旁路出口马赫数的关系。通过试验得到了双涵道模式时不同的CDFS旁路出口角度对掺混的影响以及不同压比、流量比的前涵道引射器掺混特性图。
基于理论分析、基本流场研究以及试验结果,对同一设计点下汇流处两股气流不同速度差的出口气动性能进行研究,得到了汇流处两股气流的速度差与出口总压恢复系数之间的关系。汇流处风扇外涵选择合适的高度,设计气动性能良好的前涵道引射器,并以此方案与课题组设计的后涵道引射器进行匹配分析。
结合优化方案出口气流不均匀的现象以及前、后涵道引射器的匹配分析的结果,对前涵道引射器两种强化掺混的方案的可行性进行研究,为以后前涵道引射器强化掺混提供思路。
首先通过基础方案得到了前涵道引射器的基本流场,通过基本流场发现前涵道引射器两股气流速度差大的特征。借助等压掺混理论与混合器理论计算,对前涵道引射器大速差掺混的总压损失进行了理论分析,得到了影响掺混损失的两个关键因素:流量比与速度差。基于基本流场研究了角度对掺混的影响,对掺混段的设计进行了研究,得到了初步优化方案。通过数值仿真得到了前涵道引射器掺混特性图。利用初步优化的方案与分流段进行匹配分析,得到了分流段对前涵道引射器的影响。
设计了前涵道引射器简化模型,并设计了试验方案。通过试验研究三种掺混角度、流量比以及压比对掺混的影响,并通过得到的试验数据对仿真计算的准确性进行验证。通过试验得到了单涵道模式时不同掺混角度下出口总压恢复系数与CDFS旁路出口马赫数的关系。通过试验得到了双涵道模式时不同的CDFS旁路出口角度对掺混的影响以及不同压比、流量比的前涵道引射器掺混特性图。
基于理论分析、基本流场研究以及试验结果,对同一设计点下汇流处两股气流不同速度差的出口气动性能进行研究,得到了汇流处两股气流的速度差与出口总压恢复系数之间的关系。汇流处风扇外涵选择合适的高度,设计气动性能良好的前涵道引射器,并以此方案与课题组设计的后涵道引射器进行匹配分析。
结合优化方案出口气流不均匀的现象以及前、后涵道引射器的匹配分析的结果,对前涵道引射器两种强化掺混的方案的可行性进行研究,为以后前涵道引射器强化掺混提供思路。