论文摘要：高超声速Busemann进气道设计方法与数值模拟研究

高超声速飞行器的发展要求高超声速进气道既要兼顾飞行器/进气道一体化的设计要求，同时要有良好的起动性能和非设计状态性能，满足高超声速流动的特性。而Busemann进气道的设计思想正好满足上述要求。本文研究了完全轴对称Busemann进气道以及三维Busemann进气道的设计方法。以飞行马赫数为6，飞行高度为20km作为设计点，设计了完全Busemann进气道和矩形进口的三维Busemann进气道。完全Busemann进气道由求解内锥形流场设计生成，三维Busemann进气道是在完全Busemann进气道压缩流场基础上采用流线追踪技术设计。对Busemann进气道研究采用了数值模拟的方法。了解了高精度激波捕获数值计算格式，特别是对二阶精度的TVD格式加深了认识。并使用商业软件对进气道进行了数值模拟，分析了原始Busemann流场的速度特性、高度特性、粘性影响以及圆弧拐角过渡对进气道性能的影响，在此基础上，研究三维Busemann进气道设计状态、非设计状态性能，以及进气道改形对流场性能的影响，不同宽高比的流场特性等。研究结果表明，完全Busemann进气道和三维流线追踪Busemann进气道在设计状态和非设计状态都有较高的无粘总压恢复；粘性对进气道总压恢复有较大影响；完全Busemann进气道起动问题突出，三维流线追踪Busemann进气道通过溢流可以在一定程度上改善起动问题；进气道在高空工作时，需要考虑高空粘性效应，有可能引起进气道不起动；不同宽高比的三维Buseamnn进气道流场并没有明显的变化；扩大三维Busemann进气道叉口区域，对进气道流场性能有较大影响，进气道起动条件得到一定改善，等直段流场均匀性提高。