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超燃冲压发动机喷管流场流向涡特性研究汇报人：2024-01-30

CATALOGUE目录引言超燃冲压发动机喷管流场概述流向涡特性的实验研究流向涡特性的数值模拟研究流向涡对超燃冲压发动机性能的影响研究抑制流向涡的技术措施研究结论与展望

01引言

超燃冲压发动机作为高超声速飞行器的重要动力装置，其喷管流场特性对发动机性能和飞行器稳定性具有重要影响。流向涡作为喷管流场中的一种重要流动现象，其产生、发展和耗散过程对喷管内的气流混合、热传递和推力矢量控制等方面具有关键作用。因此，开展超燃冲压发动机喷管流场流向涡特性研究，对于揭示喷管流场复杂流动规律、优化发动机设计和提高飞行器性能具有重要意义。研究背景与意义

国内外学者针对超燃冲压发动机喷管流场开展了大量研究，涉及实验测量、数值模拟和理论分析等方面。随着计算流体力学和实验测量技术的发展，流向涡的精细化模拟和定量测量成为当前研究的热点和难点。在流向涡研究方面，已有研究主要关注其产生机制和影响因素，如喷管构型、来流条件、燃烧室压力等。未来研究将更加注重流向涡与喷管性能、飞行器稳定性等实际问题的结合，推动流向涡研究向更深层次发展。国内外研究现状及发展趋势

具体内容包括建立高精度数值模拟平台，对喷管流场进行精细化模拟；设计并开展实验测量方案，获取流向涡的定量数据；分析流向涡对喷管性能和飞行器稳定性的影响机制。研究目标为揭示超燃冲压发动机喷管流场流向涡的复杂流动规律，为优化发动机设计和提高飞行器性能提供理论支撑和技术指导。本研究的主要内容和目标

02超燃冲压发动机喷管流场概述

123超燃冲压发动机喷管内的气流具有高温高速的特性，这使得喷管流场的研究更加复杂和具有挑战性。高温高速气流在喷管流场中，激波和膨胀波往往同时存在，它们之间的相互作用会对气流的流动状态产生重要影响。激波与膨胀波共存喷管流场中的流向涡和横向涡之间会发生交互作用，这种交互作用会对气流的混合和能量传递产生影响。流向涡与横向涡的交互作用喷管流场的基本特点

03激波与边界层的相互作用激波在喷管流场中传播时，会与边界层发生相互作用，导致流向涡的生成。01喷管壁面边界层分离当喷管壁面的边界层发展到一定厚度时，会发生分离现象，形成流向涡。02喷管出口气流不均匀喷管出口处气流的不均匀性也会导致流向涡的产生。流向涡的产生机理

流向涡的存在会导致喷管推力损失，降低发动机的整体性能。推力损失气流混合增强热流密度分布不均喷管稳定性下降流向涡可以促进气流的混合，使得燃料和氧化剂更加充分地混合，从而提高燃烧效率。流向涡会导致喷管壁面热流密度分布不均，增加局部热负荷，对喷管的热防护设计提出更高要求。流向涡的存在可能导致喷管的稳定性下降，增加发动机工作的不确定性和风险。流向涡对喷管性能的影响

03流向涡特性的实验研究

实验设备与方法实验设备超燃冲压发动机试验台、高速摄像机、粒子图像测速仪（PIV）、压力传感器等。实验方法采用PIV技术对喷管流场进行可视化测量，获取流向涡的瞬态速度场；同时，通过压力传感器测量喷管壁面压力分布，分析流向涡对喷管性能的影响。

流向涡的识别利用PIV测量得到的瞬态速度场数据，通过涡量准则、Q准则等方法识别流向涡的存在及其位置。流向涡的特性分析提取流向涡的几何特征（如涡心位置、涡量大小等），分析其时空演化规律；同时，探讨流向涡与喷管流场其他结构（如激波、膨胀波等）的相互作用机制。流向涡的测量与分析

实验结果与讨论实验结果表明，流向涡的存在会导致喷管壁面压力分布不均，从而影响喷管的推力和比冲性能；同时，流向涡还可能引起喷管内的流动分离和气动热问题，加剧喷管的烧蚀和磨损。流向涡对喷管性能的影响根据实验结果，提出针对流向涡的控制方法，如优化喷管结构设计、采用流动控制技术等；同时，讨论这些控制方法的可行性和有效性，为超燃冲压发动机的研制提供参考。流向涡控制方法的探讨

04流向涡特性的数值模拟研究

采用计算流体力学（CFD）方法进行数值模拟，具体使用有限体积法或有限差分法求解N-S方程。数值模拟方法针对超燃冲压发动机喷管流场的特点，选择合适的湍流模型，如k-ε模型、k-ω模型或雷诺应力模型等。湍流模型选择根据实验数据和发动机工作条件，设定合理的边界条件和初始条件，如进口速度、温度、压力分布等。边界条件与初始条件数值模拟方法与模型

流向涡对流场的影响研究流向涡对喷管流场速度、温度、压力等参数的影响，揭示其对发动机性能和稳定性的影响机制。不同工况下的流向涡特性针对不同飞行高度、马赫数和燃烧室压力等工况，分析流向涡特性的变化规律。流向涡的形态与结构通过数值模拟得到流向涡的形态、尺寸、强度等特征，分析其空间分布和演化规律。流向涡的模拟结果与分析

误差分析与改进分析数值模拟与实验结果之间存在的误差来源，提出改进措施以提高数值模拟的精度和可信度。对未来研究的