飛機(jī)輔助進(jìn)氣口小流量工況的性能初探

任重遠(yuǎn)

【摘 要】本文應(yīng)用應(yīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法對飛機(jī)的NACA輔助進(jìn)氣口性能進(jìn)行了仿真，分析了進(jìn)氣口在小流量工況下的性能。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算流體力學(xué)；輔助進(jìn)

0 前言

飛機(jī)輔助進(jìn)氣口的在非正常工況下的工作性能決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的控制規(guī)律的設(shè)計(jì)方案。了解設(shè)備在不同工況下的工作性能是至關(guān)重要的。對于飛機(jī)常用的NACA漸擴(kuò)型埋入式?jīng)_壓空氣進(jìn)氣口（下文簡稱NAC進(jìn)氣口），本文初步分析了其在小流量工況下工作特性。

本文利用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和CFD方法對常見飛機(jī)輔助排氣口方案的小流量工況下的工作性能進(jìn)行了分析，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)給出了指導(dǎo)性建議。

1 基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析

考慮簡單沖壓空氣系統(tǒng)包含NACA進(jìn)氣口以及下游設(shè)備。其中NACA進(jìn)氣口提供系統(tǒng)內(nèi)氣體流動所需壓頭，類似泵的作用；而下游設(shè)備則損耗系統(tǒng)內(nèi)部的壓頭。根據(jù)流體力學(xué)理論，兩個(gè)部件的流量特性曲線的交點(diǎn)就是系統(tǒng)工作時(shí)的流量點(diǎn)。根據(jù)文獻(xiàn)[1]，可以畫出在NACA進(jìn)氣口的性能隨流量的關(guān)系曲線。另外下游設(shè)備的流阻曲線也可以由系統(tǒng)特性確定。對于通用研究而言，可以假設(shè)下游設(shè)備流阻曲線近似為二次曲線。其中NACA進(jìn)氣口的流動特性為：其所提供的壓頭隨流量的增大先增大后減?。欢掠卧O(shè)備的流量特性為：其所消耗的壓頭隨流量的增大而增大。圖1繪制出了兩種典型情況。

通常情況下，當(dāng)流體系統(tǒng)出現(xiàn)圖1b）的情況時(shí)，流體系統(tǒng)內(nèi)部較有可能出現(xiàn)壓力、流量周期性波動的問題。

2 基于CFD方法的分析

在上一節(jié)中，本文基于文獻(xiàn)[1]所提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步判斷NACA進(jìn)氣口在流量系數(shù)小于0.3的工況下會發(fā)生出口壓力不穩(wěn)定的情況。由于NACA進(jìn)氣口周圍流動復(fù)雜，本節(jié)將采用CFD的方法對此進(jìn)行討論。

依文獻(xiàn)[1]建議的尺寸比例建立CFD仿真模型，并用穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法計(jì)算了流量系數(shù)為0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.4六個(gè)工況點(diǎn)。通過監(jiān)測進(jìn)氣口出口的截面總壓收斂情況可以給出不同工況下的系統(tǒng)穩(wěn)定能力的判斷。

流量系數(shù)為0.25時(shí)NACA進(jìn)氣口出口總壓頭最高。當(dāng)工作點(diǎn)的流量系數(shù)大于等于0.25時(shí)，NACA進(jìn)氣口的流場穩(wěn)態(tài)計(jì)算可以收斂到一個(gè)穩(wěn)定的解；當(dāng)工作點(diǎn)流量系數(shù)小于0.25時(shí)，流場穩(wěn)態(tài)計(jì)算無法收斂到一個(gè)穩(wěn)定的解，只能獲得一個(gè)周期波動的解。雖然穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果并不能表示真實(shí)工況是一個(gè)定常流，但是一個(gè)周期性的穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果則預(yù)示著相應(yīng)工況下流場是既有可能是非定常流動的。同時(shí)從圖 2的a）、b）、c）、d）中可以看出，隨著流量系數(shù)的減少，NACA進(jìn)氣口的流場越發(fā)不穩(wěn)定，其出口的總壓頭的波動越大。

3 結(jié)論

本文通過對比經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和CFD計(jì)算結(jié)果指出：當(dāng)NACA進(jìn)氣口工作的工況的流量系數(shù)小于最大性能工況對應(yīng)的流量系數(shù)時(shí)，該工況NACA進(jìn)氣口向下游提供的總壓頭趨向于波動，并且流量系數(shù)越小，波動（不穩(wěn)定性）越嚴(yán)重。

【參考文獻(xiàn)】

[1]ESDU 86002 Drag and Pressure Recovery Characteristics of Auxiliary Air Inlets at subsonic speeds.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint