《量化投资:以MATLAB为工具》

MATLAB技术论坛

 找回密码
 注册账号
查看: 22|回复: 0
收起左侧

[讨论] 二元可调进气道-CAESES仿真优化经验分享

[复制链接]
发表于 2019-12-5 15:33:36 | 显示全部楼层 |阅读模式

随着飞行马赫数的不断提升,常规不可调进气道已无法满足高超声速飞行器宽广的飞行范围需求。以日渐成熟的TBCC(涡轮基组合循环发动机)技术为例(如图1所示),TBCC作为动力的飞行器在低马赫数加速过程时,依赖涡轮发动机作为动力输出,需要较大流量;达到一定马赫数以后(接近M4),则会转换为冲压发动机工作模态,随着速度增加,流量需求随之下降,发动机对总压性能则更为依赖。简而言之,在低速加速至高速过程中,TBCC对空气需求在不断变化,因此要求进气道形状必须可调。


图1  涡轮/冲压组合循环发动机(TBCC)-来自网络

本次分享针对结构相对简单可靠的TBCC二元可调进气道进行CAESES建模优化仿真,其中涉及CAESES参数化建模、网格划分、CFD计算调试、软件链接优化仿真四大步骤,希望本人的浅析能为大家在应用仿真方面带来帮助。

一、CAESES建模
本次二元可调进气道方案建模本身难度不高,主要涉及了一些气动方面设计,比如平面激波角和马赫数之间的换算、不同楔板之间的角度关系等。无粘方案设计原理如图2所示,CAESES三维模型如图3所示,其特点如下:
(a) 设计来流马赫数不变,固定M3.4;
(b) 不考虑侧滑角因素,采用对称半模型;
(c) 三级可调楔板,第2、3级可调(总楔角保持不变),调节过程中楔板平面激波始终交汇于唇口点;
(d) 唇口激波强度和喉道马赫数给定,唇口倾角和喉道面积随楔板角度变化;
(e) 本次优化参数选择了“第2级楔板角度” 和“唇口内倾角”;
(f) 发动机入口为亚声速流动,扩压器面积扩张比在2左右。

图2 二元可调进气道气动原理图(无粘)

图3 二元可调进气道三维模型

二、脚本文件录制
为保证计算精度,本方案采用结构化网格,对所有壁面进行套壳加密处理。此步骤可采用通用生成网格工具如ICEM—CFD生成网格。
计算可采用通用CFD软件进行数值仿真,设定过程可录制全部过程。

图4  二元可调进气道网格示意图

三、软件链接优化仿真
参数化建模、网格生成、计算调试分别生成了“tin”数模、网格脚本和计算脚本等文件,以上均为软件链接准备工作,整个仿真优化流程如图5所示。使用CAESES强大的外部软件链接功能,即可将通过输入/输出文件将三部分的仿真软件进行串联(如图6所示)。

图5 优化仿真流程

图6 优化仿真软件链接

CAESES包含许多优化算法,本轮方案采用Sobol算法对两个自变量参数进行明暗度分析,初步拟定了20套模型进行优化对比(如图7所示)。通过仿真结果排序,优化效果较为明显,喉道总压恢复系数由初始方案的0.794提升至0.844,提升了6%,出口总压恢复系数则提升了4%。

图8-图10为仿真结果及对比方案,由仿真结果可知,在楔板总倾角不变的条件下,内唇口偏转角对总压性能表现出了良好的单调影响趋势,为喉道总压性能的主要影响因素。

通过本轮方案的优化仿真,初步摸索了无粘条件M3.4下二元可调进气道的角度参数对进气道性能的影响,再次体现了CAESES软件在仿真优化方面的优势。在此基础上,可通过来流条件变化、附面层吸除、粘性计算、扩压器分流等方式,对二元可调进气道进行下一步的仿真优化,往工程设计靠拢。

图7 仿真优化数据

图8 仿真流场图(总压恢复系数)

图9 性能曲线图

图10 优化方案对比



您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册账号

本版积分规则

QQ|网站地图|MATLAB技术论坛|Simulink仿真论坛 ( 蜀ICP备19014457号 

GMT+8, 2020-2-25 02:59 , Processed in 0.055285 second(s), 21 queries , Gzip On.

Powered by Discuz! X3.4

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表