螺旋桨与进气道的气动干扰研究

论文摘要

螺旋桨滑流是一种复杂的非定常现象,会对涡桨发动机短舱/进气道的气动性能产生影响,同时短舱/进气道的存在也会影响螺旋桨的气动性能。正确认识其间的流动结构及气动性能,对螺旋桨与发动机短舱/进气道的一体化设计具有重要的理论意义和工程应用价值。本文针对螺旋桨/短舱/进气道一体化构型,采用多重参考系（MRF）法和滑移网格非定常法进行了数值模拟研究,实现了螺旋桨/短舱/进气道一体化内外流耦合流场仿真,对螺旋桨滑流与进气道之间的气动干扰进行了初步的研究。首先,归纳了国内外涡桨用进气道的设计和一体化仿真方法,并对多重参考系（MRF）法和滑移网格法的计算结果进行了对比。结果表明,MRF定常法所计算出的时均数值与滑移网格非定常法平均值之间的误差均在5%以内;多重参考系法计算时间更短而滑移网格法则可以用来研究螺旋桨滑流的非定常现象。其次,设计了一种涡桨用S弯进气道,对比分析了不同工况下无桨构型与有桨构型进气道的流场结构和气动性能;并对螺旋桨滑流对进气道的气动干扰的非定常现象进行分析。结果表明,进气道出口总压恢复系数σ和畸变指数DC60随着出口马赫数的增高而降低;螺旋桨滑流使得进气道出口总压和畸变指数明显增大。进气道出口处畸变指数DC60增大是由螺旋桨周向速度与进气道壁面附近低能流相互作用的结果。其三,研究了螺旋桨与进气道入口之间轴向相对位置和不同来流侧滑角及攻角的情况下螺旋桨/短舱/进气道布局方案下一体化流动结构,并对进气道和螺旋桨的气动性能进行分析。结果表明,螺旋桨轴向安装对进气道出口气动性能影响较小。来流侧滑角对进气道出口气动性能影响较大,而来流攻角对进气道出口性能影响较小。最后,对一种带旁路通道的螺旋桨进气道进行数值仿真,研究了螺旋桨滑流对带旁路通道的进气道气动性能及流场结构。结果表明,旁路通道出口面积应适当减小,以降低扫气比,同时进气道内横截面面积及形状还需优化设计,进气道及旁路通道模型还需进一步改进。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 螺旋桨滑流研究现状
•     1.2.2 螺旋桨飞机进气道设计研究现状
•     1.2.3 螺旋桨飞机一体化仿真研究现状
•   1.3 存在的主要问题
•   1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 物理模型及计算方法
•   2.1 物理模型
•     2.1.1 单螺旋桨模型
•     2.1.2 螺旋桨/短舱/进气道一体化模型
•     2.1.3 螺旋桨/短舱/进气道/旁路通道一体化模型
•   2.2 计算方法
•     2.2.1 控制方程
•   2.3 模型网格
•     2.3.1 单桨模型网格
•     2.3.2 螺旋桨/短舱/进气道一体化模型网格
•     2.3.3 螺旋桨/短舱/进气道/旁路通道一体化模型网格
•   2.4 术语定义
•   2.5 算例校验
•     2.5.1 网格敏感性分析及算例验证
•     2.5.2 计算结果分析
•     2.5.3 两种计算方法结果对比
•   2.6 本章小结
• 第三章 螺旋桨滑流对进气道气动性能的影响
•   3.1 “S”弯进气道设计
•     3.1.1 进气道中心线及面积变化规律的设计
•     3.1.2 进气道截面形状设计
•   3.2 计算状态
•   3.3 螺旋桨对进气道气动性能的影响
•     3.3.1 基本流动结构
•   3.4 进气道性能分析
•   3.5 螺旋桨性能数值分析
•   3.6 螺旋桨/短舱/进气道的非定常分析
•     3.6.1 螺旋桨滑流分析
•     3.6.2 螺旋桨滑流对进气道影响的非定常分析
•     3.6.3 螺旋桨滑流对进气道出口气动性能的周期性影响
•   3.7 本章小结
• 第四章 螺旋桨安装位置对进气道气动性能的影响
•   4.1 螺旋桨前移状态
•   4.2 螺旋桨后移状态
•   4.3 气动性能对比分析
•   4.4 不同布局对螺旋桨气动性能的影响
•   4.5 本章小结
• 第五章 来流侧滑角及攻角对螺旋桨进气道气动性能的影响
•   5.1 不同来流侧滑角流场结构
•   5.2 不同来流攻角的流场结构
•   5.3 来流侧滑角及攻角对进气道性能影响分析
•   5.4 来流侧滑角及攻角对螺旋桨气动性能的影响
•   5.5 本章小结
• 第六章 螺旋桨滑流对带旁路通道进气道气动性能的影响
•   6.1 基本流动结构
•   6.2 进气道气动性能分析
•   6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
•   7.1 主要结论
•   7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周诗睿

导师: 李博

关键词: 螺旋桨,滑流,进气道,涡桨发动机,一体化,数值模拟

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程

单位: 南京航空航天大学

分类号: V211

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000434

总页数: 91

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