飞机辅助进气口小流量工况的性能初探

任重远

【摘 要】本文应用应验数据和计算流体力学（CFD）方法对飞机的NACA辅助进气口性能进行了仿真，分析了进气口在小流量工况下的性能。

【关键词】计算流体力学；辅助进

0 前言

飞机辅助进气口的在非正常工况下的工作性能决定了系统的稳定性和系统的控制规律的设计方案。了解设备在不同工况下的工作性能是至关重要的。对于飞机常用的NACA渐扩型埋入式冲压空气进气口（下文简称NAC进气口），本文初步分析了其在小流量工况下工作特性。

本文利用经验数据和CFD方法对常见飞机辅助排气口方案的小流量工况下的工作性能进行了分析，对系统设计给出了指导性建议。

1 基于经验数据的分析

考虑简单冲压空气系统包含NACA进气口以及下游设备。其中NACA进气口提供系统内气体流动所需压头，类似泵的作用；而下游设备则损耗系统内部的压头。根据流体力学理论，两个部件的流量特性曲线的交点就是系统工作时的流量点。根据文献[1]，可以画出在NACA进气口的性能随流量的关系曲线。另外下游设备的流阻曲线也可以由系统特性确定。对于通用研究而言，可以假设下游设备流阻曲线近似为二次曲线。其中NACA进气口的流动特性为：其所提供的压头随流量的增大先增大后减小；而下游设备的流量特性为：其所消耗的压头随流量的增大而增大。图1绘制出了两种典型情况。

通常情况下，当流体系统出现图1b）的情况时，流体系统内部较有可能出现压力、流量周期性波动的问题。

2 基于CFD方法的分析

在上一节中，本文基于文献[1]所提供的经验数据，初步判断NACA进气口在流量系数小于0.3的工况下会发生出口压力不稳定的情况。由于NACA进气口周围流动复杂，本节将采用CFD的方法对此进行讨论。

依文献[1]建议的尺寸比例建立CFD仿真模型，并用稳态计算方法计算了流量系数为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.4六个工况点。通过监测进气口出口的截面总压收敛情况可以给出不同工况下的系统稳定能力的判断。

流量系數为0.25时NACA进气口出口总压头最高。当工作点的流量系数大于等于0.25时，NACA进气口的流场稳态计算可以收敛到一个稳定的解；当工作点流量系数小于0.25时，流场稳态计算无法收敛到一个稳定的解，只能获得一个周期波动的解。虽然稳定的稳态计算结果并不能表示真实工况是一个定常流，但是一个周期性的稳态计算结果则预示着相应工况下流场是既有可能是非定常流动的。同时从图 2的a）、b）、c）、d）中可以看出，随着流量系数的减少，NACA进气口的流场越发不稳定，其出口的总压头的波动越大。

3 结论

本文通过对比经验数据和CFD计算结果指出：当NACA进气口工作的工况的流量系数小于最大性能工况对应的流量系数时，该工况NACA进气口向下游提供的总压头趋向于波动，并且流量系数越小，波动（不稳定性）越严重。

【参考文献】

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

[责任编辑：朱丽娜]endprint