Influence of the Heat Supply in the Combustion Chamber on the Flow in the Diffuser of the Supersonic Air Intake

Abstract

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН, Новосибирск, Россия ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОПОДВОДА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ НА ТЕЧЕНИЕ В ДИФФУЗОРЕ СВЕРХЗВУКОВОГО ВОЗДУХОЗАБОРНИКАПредставлены результаты численного исследования перехода от сверхзвукового течения к дозвуковому в диф-фузоре сверхзвукового воздухозаборника прямоточного воздушно-реактивного двигателя при изменении противодав-ления за счет теплоподвода в камере сгорания. Рассматривались два варианта осесимметричного диффузора с боль-шими углами раскрытия: Θ = 10º и Θ = 90º. Получены картины течения в зависимости от геометрических параметров диффузора и от теплоподвода. Течение в диффузоре с углом раскрытия Θ = 10º соответствует псевдоскачковому ре-жиму течения с отрывными зонами в пограничном слое. Течение в диффузоре с углом раскрытия Θ = 90º соответствует струйному течению в канале. Несмотря на принципиально различные режимы течения, характеристики потока на длине более 8-10 калибров одинаковы. Проведен анализ влияния противодавления за счет подвода тепла на характеристики перехода (потери полного давления, статическое давление, числа Маха и др.). Показано, что при использовании диф-фузора с большими углами раскрытия полное давление в камере сгорания может изменяться от 2,7 до 2,9 раза, не ока-зывая влияния на течение в горле и, соответственно, на течение в воздухозаборнике.Ключевые слова: численное моделирование, сверхзвуковой воздухозаборник, диффузор, псевдоскачок, каме-ра сгорания, теплоподвод, дросселирование, геометрические и тепловые воздействия. INFLUENCE OF THE HEAT SUPPLY IN THE COMBUSTION CHAMBER ON THE FLOW IN THE DIFFUSER OF THE SUPERSONIC AIR INTAKEThe results of a numerical study of the transition from supersonic to subsonic flow in the diffuser of ramjet the supersonic air intake with a change of the counterpressure due to heat supply in the combustion chamber are shown. Two versions of an axisymmetric diffuser with large opening angles were considered: Θ = 10° and Θ = 90°. The flow fields depending from the geometric parameters of the diffuser and the heat supply are obtained. The flow in the diffuser with the opening angle Θ = 10° corresponds to the pseudo-shock flow regime with tear-off zones in the boundary layer. The flow in the diffuser with an opening angle Θ = 90° corresponds to the jet stream in the channel. Despite the fundamentally different flow regimes, flow characteristics over a length of more than 8 to 10 gauges are the same. The effect of counterpressure due to heat supply to the characteristics of transition (total pressure loss, static pressure, Mach numbers, etc.) is analyzed. It is shown that when using a diffuser with large opening angles, the counterpressure in the combustion chamber can vary from 2.7 to 2.9 times without affecting the flow in the throat and, accordingly, the flow in the air intake.Keywords: numerical simulation, supersonic air intake, diffuser, pseudoshock, combustion chamber, heat supply, throttling, geometric and thermal effects. ВведениеДля торможения высокоскор...