摘要
吸气式高超声速飞行器由于其突出的战略意义，已经成为世界各航空航天大国都十分重视的研究领域，超燃冲压发动机技术和机体/推进一体化分析方法是研究人员的重点研究方向。对超燃冲压发动机做出快速性能评估依赖于快速有效的超燃冲压发动机准一维数值模拟方法，对一体化构型进行设计分析依赖于高超声速飞行器/超燃冲压发动机一体化流场的耦合计算方法。基于此，本文开展了如下研究工作: 首先将有限速率化学反应引入超燃冲压发动机准一维计算方法中，建立了考虑截面面积变化、质量添加和摩擦力等影响因素的化学非平衡流准一维Euler方程。为解决数值求解刚性问题，采用Strang时间分裂法将化学非平衡流动分解为流动和化学反应两部分，并给出了基于“源项消去法”构造的双时间步流动求解格式和基于拟稳态逼近求解器α-QSS的化学反应计算方法，从而发展了一套完整的适用于超燃冲压发动机非定常性能快速分析的准一维程序。通过对不同的超燃冲压发动机燃烧室模型的仿真与实验结果的对比验证了准一维程序的适用性和准确性，并计算分析了当量比和进口压强对燃烧流场的一维影响特性。 在高超声速飞行器机体/推进一体化建模方法研究中，基于FLUENT UDF混合编程的方法实现了内外流场连接界面和耦合迭代求解过程的数据传递，从而建立了高超声速飞行器二维外流场和超燃冲压发动机准一维内流场的耦合计算方法。采用该方法对某典型一体化高超声速飞行器构型开展了冷流条件和点火条件下的一体化流场计算，结果表明通过该耦合方法计算的流场参数分布合理，同时能够较为有效的计算出飞行器外流场特征、发动机内化学非平衡流特性以及内外流的真实耦合效应。 本文的相关工作可为超燃冲压发动机的性能分析和吸气式高超声速飞行器机体/推进一体化分析设计提供重要参考。
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