李方吉, 趙 清, 樊建超, 賈 霜, 榮祥森, 郭 民

(中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 高速空氣動(dòng)力研究所, 四川 綿陽 621000)

0 引 言

進(jìn)氣道是飛行器推進(jìn)系統(tǒng)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)水平在一定程度上影響著發(fā)動(dòng)機(jī)性能的發(fā)揮，甚至影響到飛行器技術(shù)水平的提升。風(fēng)洞試驗(yàn)是獲取進(jìn)氣道性能參數(shù)最直接、最可靠的技術(shù)手段，流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置是進(jìn)氣道風(fēng)洞試驗(yàn)的核心裝置之一，其設(shè)計(jì)性能在一定程度上反映了進(jìn)氣道風(fēng)洞試驗(yàn)的能力和水平；不同流量調(diào)節(jié)方式?jīng)Q定了流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置的安裝條件和使用范圍。目前，國(guó)內(nèi)外進(jìn)氣道風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)流量的調(diào)節(jié)方式有節(jié)流錐式[1-3]、蝶閥式[4]、高壓引射式[5]和動(dòng)力模擬[6-7]等。其中，動(dòng)力模擬實(shí)現(xiàn)了進(jìn)氣道/發(fā)動(dòng)機(jī)一體化模擬，為其耦合作用研究及進(jìn)排氣對(duì)全機(jī)氣動(dòng)性能影響的研究提供了良好的技術(shù)手段，但試驗(yàn)成本較高。就單獨(dú)進(jìn)氣道性能試驗(yàn)而言，節(jié)流錐式調(diào)節(jié)是進(jìn)氣道風(fēng)洞試驗(yàn)流量調(diào)節(jié)的主要方式。

節(jié)流錐式調(diào)節(jié)是一種“集中式”的流量調(diào)節(jié)方式，設(shè)計(jì)技術(shù)較為成熟，加工相對(duì)簡(jiǎn)單。節(jié)流錐向上游方向前進(jìn)時(shí)，流體流量隨流通面積減小而逐漸減小；反之，節(jié)流錐向下游后退時(shí)，流量則隨流通面積增大而逐漸增大；“逆流而行”是進(jìn)氣道風(fēng)洞試驗(yàn)常用的流量調(diào)節(jié)方向。

目前，常用的節(jié)流錐流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置是基于文丘里管測(cè)量原理設(shè)計(jì)的，由節(jié)流錐調(diào)節(jié)系統(tǒng)、整流系統(tǒng)和流量測(cè)量系統(tǒng)組成，其后可以加裝抽吸管道，增大流量模擬范圍。此外，還有一種精度較低的簡(jiǎn)化裝置，由流量測(cè)量系統(tǒng)和節(jié)流錐調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，無法加裝抽吸管道，主要應(yīng)用于部分超聲速導(dǎo)彈進(jìn)氣道試驗(yàn)。常用的節(jié)流錐流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置存在3個(gè)不足：一是節(jié)流錐調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)流動(dòng)干擾大，一方面可能會(huì)影響進(jìn)氣道出口的流動(dòng)，另一方面，增大了下游整流難度；二是節(jié)流錐及其支撐系統(tǒng)占據(jù)了較大流動(dòng)空間，在一定程度上增大了流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置的外形尺寸；三是在常用的從大流量向小流量方向調(diào)節(jié)的過程中，節(jié)流錐逆氣流運(yùn)行，所需電機(jī)功率較大。早期的低精度簡(jiǎn)化裝置主要存在驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需功率大的問題。2014年，北京動(dòng)力機(jī)械研究所李宏東等[8]利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，設(shè)計(jì)了一種進(jìn)氣道試驗(yàn)節(jié)流錐裝置，通過上游型面的移動(dòng)，改變上游型面和節(jié)流錐之間的流通面積，從而改變了流經(jīng)進(jìn)氣道的流量，較好地解決了簡(jiǎn)化裝置節(jié)流錐流量調(diào)節(jié)運(yùn)行阻力的問題。

受節(jié)流錐流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置尺寸限制，1 m量級(jí)高速風(fēng)洞雙發(fā)進(jìn)氣道試驗(yàn)時(shí)，需要將進(jìn)氣道出口氣流通過管道引至風(fēng)洞超擴(kuò)段[9](或引出洞外)，與流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置及抽吸管路連接，較長(zhǎng)的管道使進(jìn)氣道試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展在一定程度上受到了限制。本文提出一種分布式流量調(diào)節(jié)技術(shù)，采用該技術(shù)的流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置外形“靈巧”，尺寸相對(duì)較小，2臺(tái)分布式流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置的等直段截面積與1臺(tái)節(jié)流錐流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置基本相當(dāng)，有效降低了該裝置在風(fēng)洞中的堵塞度，可為1 m量級(jí)高速風(fēng)洞雙發(fā)進(jìn)氣道試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展提供支持。關(guān)于類似分布式流量調(diào)節(jié)技術(shù)的研究，目前尚未見其他公開文獻(xiàn)報(bào)道。

本文利用商業(yè)軟件對(duì)節(jié)流錐流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置簡(jiǎn)化模型(以下簡(jiǎn)稱節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型)和分布式流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置簡(jiǎn)化模型(以下簡(jiǎn)稱分布式簡(jiǎn)化模型)進(jìn)行數(shù)值模擬，并在FL-24風(fēng)洞(1.2 m×1.2 m跨超聲速風(fēng)洞)對(duì)分布式流量調(diào)節(jié)技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

1 分布式流量調(diào)節(jié)原理

分布式流量調(diào)節(jié)采用“化整為零”思想，用“分布式”流量調(diào)節(jié)取代傳統(tǒng)節(jié)流錐“集中式”流量調(diào)節(jié)，能夠?qū)砹鬓D(zhuǎn)化為多個(gè)區(qū)域流動(dòng)，并通過調(diào)整導(dǎo)流片組合軸向相對(duì)位置、改變導(dǎo)流片組合之間不同區(qū)域的流通面積，實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流量的調(diào)節(jié)。圖1給出了分布式流量調(diào)節(jié)的原理示意圖。這種簡(jiǎn)單的導(dǎo)流片組合堵塞度相對(duì)較大，在一定程度上影響了流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置的流通能力和調(diào)節(jié)效率，很容易發(fā)生“壅塞”，相應(yīng)的流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置尺寸還是相對(duì)較大。通過對(duì)導(dǎo)流片厚度、數(shù)量和導(dǎo)流片拐折角等方面的優(yōu)化，進(jìn)一步提高了導(dǎo)流片組合的流通能力和調(diào)節(jié)效率，有效降低了流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置外形尺寸。圖2給出了分布式流量調(diào)節(jié)初步優(yōu)化后的方案示意圖。

圖1 分布式流量調(diào)節(jié)原理示意圖

圖2 分布式流量調(diào)節(jié)優(yōu)化方案

如圖2所示，導(dǎo)流片厚度相對(duì)較薄，且具有一定的流線型外形，不僅對(duì)流體流動(dòng)干擾小，而且自身阻力也小。在導(dǎo)流片驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以選擇對(duì)位于上游的導(dǎo)流片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，由于常用的流量調(diào)節(jié)方向?yàn)轫槡饬鞣较?，故所需?qū)動(dòng)電機(jī)功率較小。

2 研究模型

節(jié)流錐流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置和分布式流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置的主體為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)。在研究模型簡(jiǎn)化過程中，將節(jié)流錐調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為1個(gè)錐，不模擬驅(qū)動(dòng)支撐系統(tǒng)和整流系統(tǒng)；將分布式調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為2個(gè)導(dǎo)流片組合，不模擬導(dǎo)流片支架、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和整流柵格。圖3和4分別給出了相關(guān)簡(jiǎn)化模型的外形示意圖。

鑒于FL-24風(fēng)洞節(jié)流錐流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累較多，計(jì)算結(jié)果的可靠性容易得到驗(yàn)證，為確保獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)值模擬結(jié)果，以及能夠?yàn)? m量級(jí)高速風(fēng)洞雙發(fā)進(jìn)氣道試驗(yàn)的流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置設(shè)計(jì)提供可靠的支持，節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型的總體尺寸與該風(fēng)洞流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置基本保持一致，如入口直徑為70 mm，內(nèi)管道通徑為130 mm，聲速噴管直徑為83 mm，總體長(zhǎng)度為1140 mm。為便于比較，分布式簡(jiǎn)化模型入口直徑和總體長(zhǎng)度與節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型相同，但內(nèi)管道通徑和聲速噴管直徑有所調(diào)整。

圖3 節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型示意圖

圖4 分布式簡(jiǎn)化模型示意圖

3 數(shù)值計(jì)算和驗(yàn)證方法

本文利用商業(yè)軟件生成了二維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，并對(duì)節(jié)流錐、導(dǎo)流片和內(nèi)管道物面網(wǎng)格進(jìn)行了加密。節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)約為20萬，分布式簡(jiǎn)化模型網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)約為90萬。計(jì)算采用理想氣體，黏性系數(shù)計(jì)算選擇Sutherland公式，黏性項(xiàng)采用中心差分格式離散，無黏項(xiàng)采用Roe二階迎風(fēng)偏置通量差分方法離散；采用隱式近似因子分解(AF)方法進(jìn)行時(shí)間推進(jìn)以得到流場(chǎng)近似解。采用的湍流模型為RNGk-ε模型，該模型在復(fù)雜剪切流動(dòng)、含高剪切率的流動(dòng)、旋流和分離流中應(yīng)用效果較好。

邊界條件為壓力進(jìn)出口邊界條件。簡(jiǎn)化模型進(jìn)口壓力為某進(jìn)氣道高速風(fēng)洞試驗(yàn)進(jìn)氣道出口壓力，出口壓力為相應(yīng)試驗(yàn)條件下風(fēng)洞來流靜壓。表1給出了相應(yīng)的進(jìn)出口壓力條件。

表1 壓力邊界條件Table 1 Pressure boundary conditions

表中，p02為進(jìn)口總壓，pw為出口靜壓。需要說明的是：(1) 由于沒有考慮進(jìn)氣道模型出口(直徑Φ=56 mm)至簡(jiǎn)化模型入口之間測(cè)量段和過渡段的影響，進(jìn)口壓力比風(fēng)洞試驗(yàn)中實(shí)際入口壓力略高；(2)Ma≥0.9時(shí)，由于節(jié)流錐流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置出口處于支架之后，實(shí)際壓力比作為簡(jiǎn)化模型出口壓力的風(fēng)洞來流靜壓偏高，且Ma數(shù)越高，兩者差異越大；(3)Ma=0.6時(shí)，由于對(duì)流量進(jìn)行了引射，簡(jiǎn)化模型出口實(shí)際壓力比來流靜壓明顯偏低。

對(duì)于驗(yàn)證方法而言，雖然Ma=0.9時(shí)節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型進(jìn)出口壓力比某進(jìn)氣道高速風(fēng)洞試驗(yàn)的實(shí)際壓力略偏高，但進(jìn)出口邊界壓力的變化對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響趨勢(shì)是可以預(yù)估的。通過與某進(jìn)氣道高速風(fēng)洞試驗(yàn)中節(jié)流錐流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置聲速噴管處的總壓和靜壓測(cè)量結(jié)果對(duì)比，只要節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型在Ma=0.9時(shí)的計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果在量級(jí)上是一致的、數(shù)值計(jì)算進(jìn)出口壓力偏高以及模型簡(jiǎn)化所帶來的影響趨勢(shì)合理，則數(shù)值計(jì)算方法是可以得到驗(yàn)證的；而分布式簡(jiǎn)化模型采用與節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型相同的計(jì)算方法，其結(jié)果可靠性也可以得到判別，同時(shí)，可以通過相關(guān)試驗(yàn)對(duì)數(shù)值計(jì)算方法及其結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

4 數(shù)值模擬結(jié)果分析與驗(yàn)證

圖5和6分別給出了Ma=0.9時(shí)節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型和分布式簡(jiǎn)化模型大流量調(diào)節(jié)位置的速度分布。

圖5 Ma=0.9時(shí)節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型大流量調(diào)節(jié)位置Ma數(shù)分布

圖6 Ma=0.9時(shí)分布式簡(jiǎn)化模型大流量調(diào)節(jié)位置Ma數(shù)分布

Ma=0.9時(shí)，在流通面積相對(duì)較小的節(jié)流錐等直段前端附近出現(xiàn)了局部超聲速流動(dòng)，頭部繞流對(duì)上游流動(dòng)產(chǎn)生了一定影響；節(jié)流錐之后，出現(xiàn)類似圓柱繞流的流動(dòng)，內(nèi)管道流動(dòng)速度減弱趨勢(shì)明顯。在聲速噴管之前的一定區(qū)域，大部分流動(dòng)Ma數(shù)在0.2～0.3范圍內(nèi)；在聲速噴管附近，流動(dòng)呈加速趨勢(shì)，聲速噴管流動(dòng)Ma數(shù)達(dá)到0.7左右。

對(duì)于分布式簡(jiǎn)化模型而言，Ma=0.9時(shí)，在導(dǎo)流片組合Ⅱ的中心軸線位置，形成了一個(gè)較小的喉道，出現(xiàn)了超聲速流動(dòng)，分布式流量調(diào)節(jié)對(duì)上游流動(dòng)影響較小。調(diào)節(jié)裝置之后，流速相對(duì)較為均勻，流動(dòng)減速趨勢(shì)不明顯，除中心軸線附近區(qū)域流動(dòng)Ma數(shù)在0.4左右外，大部分區(qū)域的流動(dòng)Ma數(shù)保持在0.6左右；在聲速噴管處，流動(dòng)Ma數(shù)達(dá)到0.8左右。

就總靜壓分布而言，Ma=0.9時(shí)，節(jié)流錐之后的總壓下降迅速，分布規(guī)律與該區(qū)域速度分布規(guī)律較為相似，其均勻性較差，靜壓分布呈現(xiàn)出一定的均勻度。Ma=0.9時(shí)，分布式調(diào)節(jié)裝置之后，內(nèi)管道總壓分布規(guī)律與速度分布相似，均勻性較好，中心軸線附近總壓略偏低，而靜壓分布呈現(xiàn)出較好的均勻度。圖7和8分別給出了Ma=0.9時(shí)節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型和分布式簡(jiǎn)化模型大流量調(diào)節(jié)位置的總壓分布。

圖7 Ma=0.9時(shí)節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型大流量調(diào)節(jié)位置總壓分布

圖8 Ma=0.9時(shí)分布式簡(jiǎn)化模型大流量調(diào)節(jié)位置總壓分布

Ma=0.6、1.2、1.5、2.0和2.5時(shí)，除節(jié)流錐等直段前端附近以及擴(kuò)張段區(qū)域的流動(dòng)有一定的差別外，節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型的速度、總壓和靜壓分布規(guī)律與Ma=0.9時(shí)類似。Ma=0.6時(shí)，內(nèi)管道流動(dòng)速度有所下降，且節(jié)流錐等直段前端附近區(qū)域沒有出現(xiàn)超聲速流動(dòng)；Ma≥1.2時(shí)，內(nèi)管道流動(dòng)速度有所提高，如Ma=1.5時(shí)，聲速噴管前的大部分區(qū)域流動(dòng)Ma數(shù)達(dá)到了0.3～0.4左右；Ma≥1.5時(shí)，擴(kuò)張段大部分區(qū)域出現(xiàn)了顯著的超聲速流動(dòng)。

Ma=0.6、1.2、1.5、2.0和2.5時(shí)，分布式簡(jiǎn)化模型速度、總壓和靜壓分布規(guī)律與Ma=0.9時(shí)基本相似；分布式調(diào)節(jié)裝置之后的流動(dòng)隨試驗(yàn)Ma數(shù)的變化規(guī)律與節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型相似。

圖9和10分別給出了Ma=0.9時(shí)節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型在中等流量和小流量調(diào)節(jié)位置的速度分布。

在中、小流量條件下，節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型內(nèi)管道流動(dòng)對(duì)稱性和定常性特征顯著，節(jié)流錐之后，沒有出現(xiàn)類似圓柱繞流的流動(dòng)，但在中等流量條件下，流動(dòng)分層明顯。

圖9 Ma=0.9時(shí)節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型中等流量調(diào)節(jié)位置Ma數(shù)分布

圖10 Ma=0.9時(shí)節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型小流量調(diào)節(jié)位置Ma數(shù)分布

圖11和12分別給出了Ma=0.9和1.5時(shí)分布式簡(jiǎn)化模型在小流量條件下的速度分布。

圖11 Ma=0.9時(shí)分布式簡(jiǎn)化模型小流量調(diào)節(jié)位置Ma數(shù)分布

圖12 Ma=1.5時(shí)分布式簡(jiǎn)化模型小流量調(diào)節(jié)位置Ma數(shù)分布

由于導(dǎo)流片組合Ⅱ與Ⅰ之間的流通面積大幅減小，流經(jīng)內(nèi)管道的流量得到有效控制。Ma=0.9時(shí)，在導(dǎo)流片組合Ⅱ與Ⅰ區(qū)域流速相對(duì)較快，甚至在導(dǎo)流片組合Ⅱ與Ⅰ之間的“搭接”區(qū)域出現(xiàn)了局部超聲速流動(dòng)。在Ma=1.5時(shí)，導(dǎo)流片組合Ⅱ以及2組導(dǎo)流片的“搭接”區(qū)域出現(xiàn)較大區(qū)域的超聲速流動(dòng)，擴(kuò)張段內(nèi)也出現(xiàn)了一定的超聲速流動(dòng)。在小流量調(diào)節(jié)位置，調(diào)節(jié)裝置之后的流動(dòng)也相對(duì)比較均勻，但中心軸線附近流速較低的區(qū)域略有增大。

從數(shù)值結(jié)果看，Ma=0.9時(shí)，節(jié)流錐簡(jiǎn)化模型的聲速噴管處總壓p0n和靜壓pn分別保持在78和65 kPa左右，與FL-24風(fēng)洞中該試驗(yàn)條件下的結(jié)果(p0n= 64 kPa和pn=55 kPa)在量級(jí)上是相當(dāng)?shù)?，綜合數(shù)值模擬邊界條件和模型簡(jiǎn)化情況來看，數(shù)值模擬結(jié)果是合理的，說明相關(guān)數(shù)值計(jì)算方法是可靠的。

綜上分析：一方面，節(jié)流錐較大，影響內(nèi)管道流通能力；另一方面，節(jié)流錐之后，在大流量和中等流量調(diào)節(jié)位置，流動(dòng)的均勻性差，需采用整流效果好、流通效率低的整流孔板進(jìn)行整流，這是節(jié)流錐流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置需保持較大通徑的兩個(gè)主要原因。分布式調(diào)節(jié)具有較高流通能力，大流量條件下，裝置上游流體順暢和快速地通過了2個(gè)導(dǎo)流片組合，沒有出現(xiàn)“壅塞”現(xiàn)象，通徑為90 mm的內(nèi)管道流量與通徑為130 mm的節(jié)流錐內(nèi)管道流量相當(dāng)；分布式調(diào)節(jié)具有較高調(diào)節(jié)效率，優(yōu)化后的導(dǎo)流片堵塞度較小，對(duì)上下游流動(dòng)均勻性的影響較小，導(dǎo)流片所受氣動(dòng)載荷較小，所需驅(qū)動(dòng)功率不大。

5 分布式調(diào)節(jié)試驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 試驗(yàn)方案

在FL-24風(fēng)洞現(xiàn)有埋入式進(jìn)氣道試驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套分布式調(diào)節(jié)驗(yàn)證裝置替換原有聲速噴管。圖13給出了相關(guān)技術(shù)方案。

圖13 分布式流量調(diào)節(jié)驗(yàn)證總體技術(shù)方案

試驗(yàn)驗(yàn)證的主要內(nèi)容包括：分布式調(diào)節(jié)的可靠性；流量能否與FL-24風(fēng)洞現(xiàn)有節(jié)流錐流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置相當(dāng)；所選電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率是否滿足要求等?？紤]到驅(qū)動(dòng)裝置影響，內(nèi)通道直徑設(shè)計(jì)為95 mm。試驗(yàn)是在模型α=0°、β=0°條件下進(jìn)行的，主要開展了Ma=0.9、1.2和2.0時(shí)不同調(diào)節(jié)方式的對(duì)比試驗(yàn)，以及Ma=2.0時(shí)分布式調(diào)節(jié)重復(fù)性試驗(yàn)。由于分布式調(diào)節(jié)試驗(yàn)無法安裝聲速噴管對(duì)流量進(jìn)行精確測(cè)量，驗(yàn)證試驗(yàn)的流量通過測(cè)量段的總靜壓計(jì)算獲得并進(jìn)行比較。

5.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖14～16分別給出了Ma=0.9～2.0時(shí)2種調(diào)節(jié)方式的總壓恢復(fù)系數(shù)σ隨流量系數(shù)φ變化的對(duì)比曲線。

Ma=0.9和1.2時(shí)，分布式調(diào)節(jié)與節(jié)流錐調(diào)節(jié)的σ～φ曲線一致性較好，其中，大流量時(shí)流量系數(shù)差異在0.01范圍以內(nèi)；Ma=2.0時(shí)，進(jìn)氣道喘振前，2種調(diào)節(jié)方式流量系數(shù)最大差異在0.02左右。從以往試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)來看，由于進(jìn)氣道出口流場(chǎng)不均勻等因素影響，通過測(cè)量段的總靜壓計(jì)算流量存在一定誤差，與流場(chǎng)較均勻、計(jì)算流量較準(zhǔn)確的聲速噴管截面獲得的流量系數(shù)差異可達(dá)到0.05左右，因此2種調(diào)節(jié)方式之間流量系數(shù)的這種差異是可以接受的。

圖14 Ma=0.9時(shí)不同調(diào)節(jié)方式試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

圖15 Ma=1.2時(shí)不同調(diào)節(jié)方式試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

圖16 Ma=2.0時(shí)不同調(diào)節(jié)方式試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由Ma=2.0時(shí)的流量可知，分布式調(diào)節(jié)裝置的流量與FL-24風(fēng)洞節(jié)流錐流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置流量相當(dāng)，能夠滿足目前大多數(shù)型號(hào)進(jìn)氣道試驗(yàn)需求。

從進(jìn)氣道出口云圖來看，Ma=0.9和1.2時(shí)以及Ma=2.0未喘振時(shí)，相同流量或接近相同流量條件下，2種調(diào)節(jié)方式總壓分布形態(tài)和量值具有較好的一致性。圖17給出了Ma=0.9時(shí)相應(yīng)的進(jìn)氣道出口壓力云圖對(duì)比。Ma=2.0時(shí)，在進(jìn)氣道喘振流量點(diǎn)，不同流量調(diào)節(jié)方式的總壓分布形態(tài)具有較好的一致性，但量值略有差異;Ma=2.0時(shí)，進(jìn)氣道喘振后，不同流量調(diào)節(jié)方式進(jìn)氣道出口總壓分布形態(tài)出現(xiàn)較大差異。圖18給出了Ma=2.0時(shí)的喘振壓力云圖對(duì)比。

對(duì)于Ma=2.0時(shí)、進(jìn)氣道喘振后不同流量調(diào)節(jié)方式下的進(jìn)氣道特性出現(xiàn)較大差異以及重復(fù)性較差的情況，初步分析可能有以下三方面的原因：(1) 喘振后，整個(gè)內(nèi)管道流動(dòng)變化劇烈，流動(dòng)均勻性較差，測(cè)量誤差較大；(2) 內(nèi)管道非定常流動(dòng)顯著，瞬時(shí)性強(qiáng)，即使是同一流量調(diào)節(jié)位置或同一流量條件，流場(chǎng)參數(shù)之間不存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；(3)節(jié)流錐調(diào)節(jié)有可能對(duì)進(jìn)氣道喘振起到一定抑制作用，進(jìn)氣道在喘振后，能夠保持較高總壓恢復(fù)和較低湍流度畸變。

圖17 Ma=0.9時(shí)不同調(diào)節(jié)方式進(jìn)氣道出口壓力云圖比較

圖18 Ma=2.0時(shí)進(jìn)氣道喘振后不同調(diào)節(jié)方式壓力云圖比較

圖19 Ma=2.0時(shí)重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果曲線

圖20和21分別給出了Ma=0.9和1.2時(shí)分布式調(diào)節(jié)對(duì)上、下游流動(dòng)的影響。圖中橫坐標(biāo)N為測(cè)量耙上均布的點(diǎn)號(hào)。在整個(gè)分布式流量調(diào)節(jié)過程中，上游流場(chǎng)一直保持著良好的均勻性，下游流場(chǎng)均勻性也相對(duì)較好?？傮w上講，不同試驗(yàn)Ma數(shù)下，分布式調(diào)節(jié)裝置下游流場(chǎng)均勻性比較好。

圖20 Ma=0.9時(shí)分布式調(diào)節(jié)對(duì)上、下游流動(dòng)影響

圖21 Ma=1.2時(shí)分布式調(diào)節(jié)對(duì)上、下游流動(dòng)影響

從數(shù)據(jù)結(jié)果來看，試驗(yàn)較好地驗(yàn)證了分布式調(diào)節(jié)的有關(guān)技術(shù)內(nèi)容，說明采用分布式流量調(diào)節(jié)是可行的。

6 結(jié) 論

(1) 本文所獲得的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果是相符的；與節(jié)流錐調(diào)節(jié)相比，經(jīng)過初步優(yōu)化后的分布式調(diào)節(jié)具有較高的流通能力和調(diào)節(jié)效率。

(2) 分布式調(diào)節(jié)分解了調(diào)節(jié)裝置對(duì)上、下游流動(dòng)的干擾，特別是對(duì)上游流動(dòng)影響較小。

(3) 進(jìn)氣道喘振前，分布式調(diào)節(jié)與節(jié)流錐調(diào)節(jié)的試驗(yàn)結(jié)果一致性較好；進(jìn)氣道喘振后，由于內(nèi)管道流動(dòng)非定常等因素，2種調(diào)節(jié)方式存在一定差異。

(4) 內(nèi)管道通徑為95 mm的分布式流量調(diào)節(jié)與測(cè)量裝置能夠滿足1 m量級(jí)高速風(fēng)洞進(jìn)氣道試驗(yàn)需求。