飛機輔助進氣口小流量工況的性能初探

任重遠

【摘 要】本文應用應驗數據和計算流體力學（CFD）方法對飛機的NACA輔助進氣口性能進行了仿真，分析了進氣口在小流量工況下的性能。

【關鍵詞】計算流體力學；輔助進

0 前言

飛機輔助進氣口的在非正常工況下的工作性能決定了系統的穩定性和系統的控制規律的設計方案。了解設備在不同工況下的工作性能是至關重要的。對于飛機常用的NACA漸擴型埋入式沖壓空氣進氣口（下文簡稱NAC進氣口），本文初步分析了其在小流量工況下工作特性。

本文利用經驗數據和CFD方法對常見飛機輔助排氣口方案的小流量工況下的工作性能進行了分析，對系統設計給出了指導性建議。

1 基于經驗數據的分析

考慮簡單沖壓空氣系統包含NACA進氣口以及下游設備。其中NACA進氣口提供系統內氣體流動所需壓頭，類似泵的作用；而下游設備則損耗系統內部的壓頭。根據流體力學理論，兩個部件的流量特性曲線的交點就是系統工作時的流量點。根據文獻[1]，可以畫出在NACA進氣口的性能隨流量的關系曲線。另外下游設備的流阻曲線也可以由系統特性確定。對于通用研究而言，可以假設下游設備流阻曲線近似為二次曲線。其中NACA進氣口的流動特性為：其所提供的壓頭隨流量的增大先增大后減小；而下游設備的流量特性為：其所消耗的壓頭隨流量的增大而增大。圖1繪制出了兩種典型情況。

通常情況下，當流體系統出現圖1b）的情況時，流體系統內部較有可能出現壓力、流量周期性波動的問題。

2 基于CFD方法的分析

在上一節中，本文基于文獻[1]所提供的經驗數據，初步判斷NACA進氣口在流量系數小于0.3的工況下會發生出口壓力不穩定的情況。由于NACA進氣口周圍流動復雜，本節將采用CFD的方法對此進行討論。

依文獻[1]建議的尺寸比例建立CFD仿真模型，并用穩態計算方法計算了流量系數為0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.4六個工況點。通過監測進氣口出口的截面總壓收斂情況可以給出不同工況下的系統穩定能力的判斷。

流量系數為0.25時NACA進氣口出口總壓頭最高。當工作點的流量系數大于等于0.25時，NACA進氣口的流場穩態計算可以收斂到一個穩定的解；當工作點流量系數小于0.25時，流場穩態計算無法收斂到一個穩定的解，只能獲得一個周期波動的解。雖然穩定的穩態計算結果并不能表示真實工況是一個定常流，但是一個周期性的穩態計算結果則預示著相應工況下流場是既有可能是非定常流動的。同時從圖 2的a）、b）、c）、d）中可以看出，隨著流量系數的減少，NACA進氣口的流場越發不穩定，其出口的總壓頭的波動越大。

3 結論

本文通過對比經驗數據和CFD計算結果指出：當NACA進氣口工作的工況的流量系數小于最大性能工況對應的流量系數時，該工況NACA進氣口向下游提供的總壓頭趨向于波動，并且流量系數越小，波動（不穩定性）越嚴重。

【參考文獻】

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

[責任編輯：朱麗娜]endprint