高超声速进气道流动失稳机理及其控制

高超声速出版工程
目录
丛书序
前言
第1章 绪论1
1.1 超燃冲压发动机飞行实验简介/1
1.2 高超声速进气道隔离段基本工作过程/4
1.3 高超声速进气道不起动模式及其分类/6
1.4 高超声速进气道隔离段监测及控制/10
1.4.1 高超声速进气道不起动监测面临的主要问题/10
1.4.2 高超声速进气道控制面临的主要问题/11
1.5 本书主要内容/14
第2章 高超声速进气道隔离段激波串运动特性16
2.1 引言/16
2.2 隔离段基本功能介绍/17
2.3 隔离段激波串突跳现象的数值研究/19
2.3.1 进气道模型与数值方法/19
2.3.2 固定背景波系下的激波串突跳运动特性/20
2.3.3 变化背景波系下的激波串突跳运动特性/33
2.3.4 小结/38
2.4 激波串突跳极限存在性的数值仿真验证/38
2.4.1 激波串前缘的等效喉道流场结构/38
2.4.2 等效喉道收缩比与运动状态转换的规律/39
2.5 激波串突跳触发条件的无黏分析方法/42
2.5.1 *小收缩比分析方法的可行性验证/42
2.5.2 均匀来流下的*小收缩比分析方法/44
2.5.3 *小收缩比的数值仿真验证/49
2.6 对等效喉道收缩比变化是否存在的实验验证/51
2.6.1 实验条件与测量设备/51
2.6.2 等效喉道收缩比变化现象的实验验证/55
2.7 隔离段激波串突跳特性的有黏分析方法/59
2.7.1 考虑壁面摩擦系数的激波串前缘流动参数分析方法/60
2.7.2 触发突跳时的激波串前缘流场结构/62
2.7.3 触发突跳的*小收缩比分析方法/64
2.7.4 突跳恢复的激波串前缘流场结构假设/67
2.7.5 突跳恢复的*小收缩比分析方法/68
2.8 无黏与有黏分析方法的实验验证/70
2.8.1 触发突跳的无黏分析方法的实验验证/70
2.8.2 突跳触发与恢复的有黏分析方法的实验验证/72
2.9 本章小结/74
第3章 亚额定工况下高超声速进气道不起动模式75
3.1 引言/75
3.2 亚额定工况下高超声速进气道不起动无黏理论分析/76
3.2.1 低马赫数不起动和大来流攻角不起动/76
3.2.2 高反压不起动/78
3.3 亚额定工况下高超声速进气道不起动数值模拟/79
3.3.1 无黏数值模拟/79
3.3.2 有黏数值模拟/80
3.4 亚额定工况下高超声速进气道反压不起动实验研究/82
3.4.1 地面实验系统/82
3.4.2 进气道起动流场特性分析/87
3.4.3 典型的进气道不起动流场特性分析/93
3.4.4 特殊的进气道不起动流场特性分析/97
3.5 本章小结/101
第4章 超额定工况下高超声速进气道局部不起动模式103
4.1 引言/103
4.2 超额定工况下高超声速进气道局部不起动模式流场结构/104
4.2.1 实验装置与测量手段/104
4.2.2 局部不起动现象及其讨论/105
4.3 超额定工况下高超声速进气道局部不起动特性无黏分析/107
4.3.1 膨胀波干扰下的激波反射模式转换/107
4.3.2 无黏流动下局部不起动发生条件/109
4.4 超额定工况下高超声速进气道局部不起动特性有黏分析/111
4.4.1 非对称激波相互作用下的激波反射模式转换/111
4.4.2 有黏流动下局部不起动发生条件/114
4.4.3 无黏流动/有黏流动对比分析/118
4.5 本章小结/119
第5章 反压激励下的高超声速进气道不起动多模式对比120
5.1 引言/120
5.2 亚额定工况反压激励下的高超声速进气道全局不起动/121
5.2.1 低总焓来流下射流引起的全局不起动/122
5.2.2 高总焓来流下射流引起的全局不起动/124
5.2.3 高总焓来流下燃烧引起的全局不起动/127
5.3 超额定工况反压激励下的高超声速进气道局部不起动/130
5.3.1 低总焓来流下射流引起的局部不起动/130
5.3.2 高总焓来流下射流引起的局部不起动/133
5.3.3 高总焓来流下燃烧引起的局部不起动/136
5.4 亚/超额定工况反压激励下的高超声速进气道不起动对比/138
5.4.1 全局不起动/局部不起动发展过程的相似性/138
5.4.2 全局不起动/局部不起动发展过程的差异性/140
5.5 本章小结/141
第6章 高超声速进气道不起动多模式转换特性142
6.1 引言/142
6.2 高超声速进气道全局不起动/起动模式转换特性/143
6.2.1 无反压下的全局不起动/起动转换/143
6.2.2 有反压下的全局不起动/起动转换/145
6.3 高超声速进气道局部不起动/起动模式转换特性/146
6.3.1 变唇罩角度引起的局部不起动/起动转换/146
6.3.2 变下游压力引起的局部不起动/起动转换/147
6.3.3 变来流条件引起的局部不起动/起动转换/149
6.4 高超声速进气道全局不起动/局部不起动模式转换特性/151
6.5 高超声速进气道起动/全局不起动/局部不起动多种工作模式转换特性/154
6.5.1 变来流条件引起的高超声速进气道多模式转换/154
6.5.2 变燃烧室反压引起的高超声速进气道多模式转换/156
6.6 本章小结/157
第7章 高超声速进气道不起动监测方法159
7.1 引言/159
7.2 高超声速进气道不起动多模式的特性分析/160
7.2.1 高超声速进气道全局不起动特性/160
7.2.2 高超声速进气道局部不起动特性/162
7.3 基于壁面动态压力信号时域和频域特性的进气道不起动监测方法/163
7.3.1 已有监测算法/163
7.3.2 基于递归傅里叶变换的不起动监测算法/167
7.3.3 基于求导的不起动监测算法/168
7.4 基于壁面动态压力信号时间序列分析的进气道不起动监测方法/170
7.4.1 时间序列建模/170
7.4.2 基于AIC值的进气道不起动监测/172
7.4.3 基于模型残差方差的进气道不起动监测/172
7.4.4 基于KL信息距离的进气道不起动监测/173
7.5 高超声速进气道不起动多模式对监测方法的影响/175
7.5.1 全局不起动非振荡模式对不起动监测的影响/175
7.5.2 局部不起动模式对监测方法的影响/175
7.6 本章小结/176
第8章 边界层抽吸对隔离段激波串特性的影响177
8.1 引言/177
8.2 边界层抽吸对隔离段局部抗反压特性的影响/178
8.2.1 物理模型/178
8.2.2 基准进气道通流/节流流场特性/178
8.2.3 抽吸作用下的进气道通流/节流特性/185
8.2.4 反压作用下隔离段局部波系结构分析/188
8.2.5 抗反压局部流场特性/191
8.2.6 考虑局部压力突跃的经验压升表达式/193
8.3 边界层抽吸控制效能评估/195
8.4 抽吸狭缝动态开启过程对隔离段流动特性的影响/200
8.4.1 物理模型/200
8.4.2 抽吸闭合状态通流/临界流场特性/203
8.4.3 抽吸迅速开启过程流场动态特性/204
8.4.4 抽吸迅速开启过程中的质量流量动态特性/214
8.5 本章小结/214
第9章 自适应抽吸射流对隔离段激波串突跳特性的抑制216
9.1 引言/216
9.2 自适应抽吸射流流动控制方法/216
9.2.1 实验条件和测量装置/216
9.2.2 自适应抽吸射流流动控制装置/217
9.2.3 实验工况介绍/219
9.3 自适应抽吸射流对激波串突跳特性的影响/221
9.3.1 流动控制对隔离段流场的影响/221
9.3.2 无流动控制条件下的激波串运动/223
9.3.3 单独使用稳压腔对抑制激波串突跳特性的不足/228
9.3.4 自适应抽吸射流流动控制条件下的激波串运动/232
9.3.5 流动控制下的壁面压升规律/234
9.4 本章小结/239
第10章 高超声速进气道隔离段稳定裕度表征方法240
10.1 引言/240
10.2 地面实验系统介绍/241
10.2.1 实验模型/241
10.2.2 采集设备/242
10.2.3 实验过程/243
10.3 燃烧反压激励下的隔离段激波串特性实验研究/244
10.3.1 隔离段壁面压力分布/244
10.3.2 激波串前缘位置与隔离段出口反压的关系/246
10.3.3 激波串前缘位置与燃油当量比的关系/247
10.4 已有的稳定裕度表征方法/248
10.4.1 基于隔离段出口反压的稳定裕度表征方法/248
10.4.2 基于激波串前缘位置的稳定裕度表征方法/251
10.5 基于壁面压力面积积分的稳定裕度表征方法/253
10.5.1 壁面压力面积积分的引入/253
10.5.2 壁面压力面积积分与燃油当量比的关系/254
10.5.3 稳定裕度表征方法/254
10.6 基于遗传算法的稳定裕度表征测点约简问题/257
10.6.1 数据样本集/257
10.6.2 问题描述/259
10.6.3 基于遗传算法的传感器选择/261
10.6.4 *优选择结果及分析/261
10.6.5 稳定裕度表征方法验证/262
10.7 本章小结/264
第11章 考虑入射激波影响时高超声速进气道稳定裕度控制方法研究265
11.1 引言/265
11.2 基于壁面逆压力梯度的激波串数学模型/266
11.2.1 带流向参数的Billig公式/266
11.2.2 带壁面参数梯度的Billig公式/268
11.3 基于自由干涉理论的激波串机理模型/271
11.3.1 激波串的动态建模方法/271
11.3.2 动力学模型/275
11.3.3 激波串一般性动力学模型验证/277
11.3.4 入射激波影响时激波串运动不稳定的表征/281
11.4 隔离段内激波串运动稳定性分析及判据/283
11.5 入射激波影响时激波串运动的能观性、能控性分析/288
11.5.1 入射激波影响时激波串运动的能观性分析/288
11.5.2 入射激波影响时激波串运动的能控性分析/289
11.6 激波串运动不稳定对超燃冲压发动机稳定裕度控制的影响/291
11.6.1 超燃冲压发动机稳定裕度控制系统简介/291
11.6.2 入射激波影响下超燃冲压发动机稳定裕度的闭环控制/293
11.6.3 激波串运动不稳定对控制系统抗干扰能力的影响/296
11.7 入射激波影响下超燃冲压发动机稳定裕度控制方法研究/296
11.7.1 入射激波影响下超燃冲压发动机稳定裕度控制任务分析/296
11.7.2 超燃冲压发动机稳定裕度监测方法的选择/297
11.7.3 超燃冲压发动机安全边界的表征/300
11.7.4 超燃冲压发动机稳定裕度的改进控制策略/302
11.7.5 基于指令修改的超燃冲压发动机稳定裕度控制实验研究/302
11.8 本章小结/305
参考文献307