高超聲速進氣道流動失穩機理及其控制

內容簡介

高超聲速進氣道不起動是超燃衝壓發動機的重要流動現象，精準識別並採取有效控制手段避免不起動現象對於超燃衝壓發動機高效穩定運行非常重要。本書首先闡述隔離段激波串運動特性，針對多種因素誘發的多種進氣道不起動模式形成過程和形成機制進行探討，並給出亞/超額定工況及考慮反壓激勵下的不起動多模式轉換特性，在此基礎上給出一種魯棒的進氣道不起動監測方法。然後通過開展邊界層抽吸及自適應抽吸射流流動控制下的激波串運動特性研究，發展一種進氣道穩定裕度表征方法，給出真實條件下考慮入射激波影響時的隔離段激波串前緣位置控制方法。

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高超聲速出版工程目錄叢書序前言第1章緒論11.1 超燃衝壓發動機飛行實驗簡介/11.2 高超聲速進氣道隔離段基本工作過程/41.3 高超聲速進氣道不起動模式及其分類/61.4 高超聲速進氣道隔離段監測及控制/101.4.1 高超聲速進氣道不起動監測面臨的主要問題/101.4.2 高超聲速進氣道控制面臨的主要問題/111.5 本書主要內容/14第2章高超聲速進氣道隔離段激波串運動特性162.1 引言/162.2 隔離段基本功能介紹/172.3 隔離段激波串突跳現象的數值研究/192.3.1 進氣道模型與數值方法/192.3.2 固定背景波系下的激波串突跳運動特性/202.3.3 變化背景波系下的激波串突跳運動特性/332.3.4 小結/382.4 激波串突跳極限存在性的數值仿真驗證/382.4.1 激波串前緣的等效喉道流場結構/382.4.2 等效喉道收縮比與運動狀態轉換的規律/392.5 激波串突跳觸發條件的無黏分析方法/422.5.1 *小收縮比分析方法的可行性驗證/422.5.2 均勻來流下的*小收縮比分析方法/442.5.3 *小收縮比的數值仿真驗證/492.6 對等效喉道收縮比變化是否存在的實驗驗證/512.6.1 實驗條件與測量設備/512.6.2 等效喉道收縮比變化現象的實驗驗證/552.7 隔離段激波串突跳特性的有黏分析方法/592.7.1 考慮壁面摩擦係數的激波串前緣流動參數分析方法/602.7.2 觸發突跳時的激波串前緣流場結構/622.7.3 觸發突跳的*小收縮比分析方法/642.7.4 突跳恢復的激波串前緣流場結構假設/672.7.5 突跳恢復的*小收縮比分析方法/682.8 無黏與有黏分析方法的實驗驗證/702.8.1 觸發突跳的無黏分析方法的實驗驗證/702.8.2 突跳觸發與恢復的有黏分析方法的實驗驗證/722.9 本章小結/74第3章亞額定工況下高超聲速進氣道不起動模式753.1 引言/753.2 亞額定工況下高超聲速進氣道不起動無黏理論分析/763.2.1 低馬赫數不起動和大來流攻角不起動/763.2.2 高反壓不起動/783.3 亞額定工況下高超聲速進氣道不起動數值模擬/793.3.1 無黏數值模擬/793.3.2 有黏數值模擬/803.4 亞額定工況下高超聲速進氣道反壓不起動實驗研究/823.4.1 地面實驗系統/823.4.2 進氣道起動流場特性分析/873.4.3 典型的進氣道不起動流場特性分析/933.4.4 特殊的進氣道不起動流場特性分析/973.5 本章小結/101第4章超額定工況下高超聲速進氣道局部不起動模式1034.1 引言/1034.2 超額定工況下高超聲速進氣道局部不起動模式流場結構/1044.2.1 實驗裝置與測量手段/1044.2.2 局部不起動現象及其討論/1054.3 超額定工況下高超聲速進氣道局部不起動特性無黏分析/1074.3.1 膨脹波干擾下的激波反射模式轉換/1074.3.2 無黏流動下局部不起動發生條件/1094.4 超額定工況下高超聲速進氣道局部不起動特性有黏分析/1114.4.1 非對稱激波相互作用下的激波反射模式轉換/1114.4.2 有黏流動下局部不起動發生條件/1144.4.3 無黏流動/有黏流動對比分析/1184.5 本章小結/119第5章反壓激勵下的高超聲速進氣道不起動多模式對比1205.1 引言/1205.2 亞額定工況反壓激勵下的高超聲速進氣道全局不起動/1215.2.1 低總焓來流下射流引起的全局不起動/1225.2.2 高總焓來流下射流引起的全局不起動/1245.2.3 高總焓來流下燃燒引起的全局不起動/1275.3 超額定工況反壓激勵下的高超聲速進氣道局部不起動/1305.3.1 低總焓來流下射流引起的局部不起動/1305.3.2 高總焓來流下射流引起的局部不起動/1335.3.3 高總焓來流下燃燒引起的局部不起動/1365.4 亞/超額定工況反壓激勵下的高超聲速進氣道不起動對比/1385.4.1 全局不起動/局部不起動發展過程的相似性/1385.4.2 全局不起動/局部不起動發展過程的差異性/1405.5 本章小結/141第6章高超聲速進氣道不起動多模式轉換特性1426.1 引言/1426.2 高超聲速進氣道全局不起動/起動模式轉換特性/1436.2.1 無反壓下的全局不起動/起動轉換/1436.2.2 有反壓下的全局不起動/起動轉換/1456.3 高超聲速進氣道局部不起動/起動模式轉換特性/1466.3.1 變唇罩角度引起的局部不起動/起動轉換/1466.3.2 變下游壓力引起的局部不起動/起動轉換/1476.3.3 變來流條件引起的局部不起動/起動轉換/1496.4 高超聲速進氣道全局不起動/局部不起動模式轉換特性/1516.5 高超聲速進氣道起動/全局不起動/局部不起動多種工作模式轉換特性/1546.5.1 變來流條件引起的高超聲速進氣道多模式轉換/1546.5.2 變燃燒室反壓引起的高超聲速進氣道多模式轉換/1566.6 本章小結/157第7章高超聲速進氣道不起動監測方法1597.1 引言/1597.2 高超聲速進氣道不起動多模式的特性分析/1607.2.1 高超聲速進氣道全局不起動特性/1607.2.2 高超聲速進氣道局部不起動特性/1627.3 基於壁面動態壓力信號時域和頻域特性的進氣道不起動監測方法/1637.3.1 已有監測算法/1637.3.2 基於遞歸傅立葉變換的不起動監測算法/1677.3.3 基於求導的不起動監測算法/1687.4 基於壁面動態壓力信號時間序列分析的進氣道不起動監測方法/1707.4.1 時間序列建模/1707.4.2 基於AIC值的進氣道不起動監測/1727.4.3 基於模型殘差方差的進氣道不起動監測/1727.4.4 基於KL信息距離的進氣道不起動監測/1737.5 高超聲速進氣道不起動多模式對監測方法的影響/1757.5.1 全局不起動非振盪模式對不起動監測的影響/1757.5.2 局部不起動模式對監測方法的影響/1757.6 本章小結/176第8章邊界層抽吸對隔離段激波串特性的影響1778.1 引言/1778.2 邊界層抽吸對隔離段局部抗反壓特性的影響/1788.2.1 物理模型/1788.2.2 基準進氣道通流/節流流場特性/1788.2.3 抽吸作用下的進氣道通流/節流特性/1858.2.4 反壓作用下隔離段局部波繫結構分析/1888.2.5 抗反壓局部流場特性/1918.2.6 考慮局部壓力突躍的經驗壓升表達式/1938.3 邊界層抽吸控制效能評估/1958.4 抽吸狹縫動態開啟過程對隔離段流動特性的影響/2008.4.1 物理模型/2008.4.2 抽吸閉合狀態通流/臨界流場特性/2038.4.3 抽吸迅速開啟過程流場動態特性/2048.4.4 抽吸迅速開啟過程中的質量流量動態特性/2148.5 本章小結/214第9章自適應抽吸射流對隔離段激波串突跳特性的抑制2169.1 引言/2169.2 自適應抽吸射流流動控制方法/2169.2.1 實驗條件和測量裝置/2169.2.2 自適應抽吸射流流動控制裝置/2179.2.3 實驗工況介紹/2199.3 自適應抽吸射流對激波串突跳特性的影響/2219.3.1 流動控制對隔離段流場的影響/2219.3.2 無流動控制條件下的激波串運動/2239.3.3 單獨使用穩壓腔對抑制激波串突跳特性的不足/2289.3.4 自適應抽吸射流流動控制條件下的激波串運動/2329.3.5 流動控制下的壁面壓升規律/2349.4 本章小結/239第10章高超聲速進氣道隔離段穩定裕度表征方法24010.1 引言/24010.2 地面實驗系統介紹/24110.2.1 實驗模型/24110.2.2 採集設備/24210.2.3 實驗過程/24310.3 燃燒反壓激勵下的隔離段激波串特性實驗研究/24410.3.1 隔離段壁面壓力分布/24410.3.2 激波串前緣位置與隔離段出口反壓的關係/24610.3.3 激波串前緣位置與燃油當量比的關係/24710.4 已有的穩定裕度表征方法/24810.4.1 基於隔離段出口反壓的穩定裕度表征方法/24810.4.2 基於激波串前緣位置的穩定裕度表征方法/25110.5 基於壁面壓力面積積分的穩定裕度表征方法/25310.5.1 壁面壓力面積積分的引入/25310.5.2 壁面壓力面積積分與燃油當量比的關係/25410.5.3 穩定裕度表征方法/25410.6 基於遺傳算法的穩定裕度表征測點約簡問題/25710.6.1 數據樣本集/25710.6.2 問題描述/25910.6.3 基於遺傳算法的感測器選擇/26110.6.4 **選擇結果及分析/26110.6.5 穩定裕度表征方法驗證/26210.7 本章小結/264第11章考慮入射激波影響時高超聲速進氣道穩定裕度控制方法研究26511.1 引言/26511.2 基於壁面逆壓力梯度的激波串數學模型/26611.2.1 帶流向參數的Billig公式/26611.2.2 帶壁面參數梯度的Billig公式/26811.3 基於自由干涉理論的激波串機理模型/27111.3.1 激波串的動態建模方法/27111.3.2 動力學模型/27511.3.3 激波串一般性動力學模型驗證/27711.3.4 入射激波影響時激波串運動不穩定的表征/28111.4 隔離段內激波串運動穩定性分析及判據/28311.5 入射激波影響時激波串運動的能觀性、能控性分析/28811.5.1 入射激波影響時激波串運動的能觀性分析/28811.5.2 入射激波影響時激波串運動的能控性分析/28911.6 激波串運動不穩定對超燃衝壓發動機穩定裕度控制的影響/29111.6.1 超燃衝壓發動機穩定裕度控制系統簡介/29111.6.2 入射激波影響下超燃衝壓發動機穩定裕度的閉環控制/29311.6.3 激波串運動不穩定對控制系統抗干擾能力的影響/29611.7 入射激波影響下超燃衝壓發動機穩定裕度控制方法研究/29611.7.1 入射激波影響下超燃衝壓發動機穩定裕度控制任務分析/29611.7.2 超燃衝壓發動機穩定裕度監測方法的選擇/29711.7.3 超燃衝壓發動機安全邊界的表征/30011.7.4 超燃衝壓發動機穩定裕度的改進控制策略/30211.7.5 基於指令修改的超燃衝壓發動機穩定裕度控制實驗研究/30211.8 本章小結/305參考文獻307

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