高超声速进气道不启动状态大规模流动分离的自持稳定与发展迟滞流动机理研究

采用试验观测、理论分析和数值模拟相结合的手段对高超声速进气道的启动问题开展研究，主要研究不启动状态下的精细流场结构、大规模流动分离的自持稳定机制、流动分离发展迟滞及进气道启动的迟滞现象、进气道不启动流场的流动控制等内容。通过本项目研究将加深对高超声速进气道启动问题流动机理的认识，改进高超声速进气道设计理论及方法，为进气道和超燃冲压发动机性能的提升工作提供参考。

本项目以提升高超声速进气道启动性能为目标，研究了启动过程中大规模流动分离的流场结构及演化过程，分析了分离区的自持稳定和迟滞现象，并开展了进气道型面参数的优化和流动控制方法的探索研究。.首先，开展了进气道不启动状态流场结构的观测与分析。针对二维平面压缩和三维侧压两种典型进气道构型进行高速纹影、壁面油流观察和数值计算，详细分析了流场的拓扑结构、大规模流动分离区的形态及其内部流动细节，对两种构型进气道不启动状态的流动特征进行了总结。.第二，对进气道的自启动过程进行了细致的对比研究，详细对比了进气道唇口压缩角、进气道内收缩比、内收缩段长度、进气道前体长度、内收缩段宽高比、进气道侧板构型等几何构型参数对自启动过程的影响，分析了该过程中内收缩段入口分离区的基本形态、运动形式、自持稳定机制和萎缩消失过程，以及进气道在加速和减速过程中分离区的迟滞现象。结果表明各种几何构型特征对进气道的自启动性能以及该过程中分离区的发展演化影响显著，且表现出复杂的相互耦合特征。总的来看，进气道启动过程大体上表现为两大类：一种过程中，分离区是位于内收缩段入口的；在另一种过程中，分离区则是位于内收缩段里面的。这两种过程之间的临界构型通常具备最佳的自启动特性。.第三，利用静风洞和小型自由射流试验台开展了进气道启动非定常过程的试验研究，通过高速纹影和NPLS观察了自由射流试验中进气道启动的流场变化情况，并开展了进气道几何构型对该非定常过程的影响对比。分析认为自由射流试验中在风洞流场建立过程对进气道的启动过程会产生影响，使得这类进气道启动试验获得结果比较接近进气道自启动过程。.最后，开展了流动控制方法对进气道自启动过程的影响研究。先是针对前体边界层抽吸进行了初步分析，结果表明该方法能够将某二维进气道自启动马赫数从4.6降低至3.8，改善效果明显；然后根据构型对比中的一些研究结论，提出了一种不改变进气道内收缩比的变几何方法，该方法仅通过改变内收缩段局部型面然后恢复到原有构型，就可以实现进气道由不启动状态到启动状态的转换。