本文的工作是根据国家863计划关于发展天地往返运输系统的要求,立足于国内现有的计算条件,从一体化角度出发,对空天飞机/吸气式推进系统性能进行系统的研究。 本文分析了吸气式组合发动机的布局方式,对涡扇发动机和冲压发动机的主要设计参数的选择方法进行了说明。为了数值模拟空天飞机/吸气式推进系统一体化性能,采用了模块化合成程序。根据选定的发动机设计参数,计算了沿飞行轨迹的涡扇和冲压发动机的性能。 空天飞机的推进系统中,涡扇和冲压发动机燃烧室、喷管内的温度较高,应该考虑化学平衡效应对发动机性能的影响,因此本文发展了一种快速、稳定的计算化学平衡影响的程序,克服了采用牛顿—莱普森法求解非线性方程组既耗时又存在稳定性方面的缺点。在此基础上,发展了计算有关燃烧、膨胀等热力过程混合气体性质的子程序,与计算发动机循环性能的主程序结合,完整地分析了空天飞机推进系统中的化学平衡效应。 对于高度一体化的飞行器,飞行器的性能与进气道和喷管的内部特性、外部特性有着直接的联系,在一体化设计过程中,确定进气道、喷管的特性是非常重要的。由于目前在微机上采用CFD方法模拟飞行器机体—进气道—发动机—喷管一体化是不现实的,因此本文用工程计算的方法完成了进气道和喷管外部特性的计算。这种方法虽然不能揭示流动的本质,但是可以方便地进行飞行器/推进系统一体化的数值模拟,在飞行器设计的初级阶段是卓有成效的。 由于空天飞机/吸气式推进系统的高度一体化特性,造成了计算时气动和推进界面的划分常常模糊不清。正是由于气动—推进界面定义的模糊,在力的合成过程中,有时出现阻力被遗漏或重复计算,其结果是飞行性能估算不准。因此本文也详细说明了气动—推进界面的划分和力的合成方法,并根据这种方法,计算了推进系统的安装性能。