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冲压发动机进气道亚音速段扩张角很大,存在较大逆压梯度,极易导致壁面边界层严重的流动分离,甚至在等直段形成较大的回流区。当流场受到背压脉动等激励时,进气道内流动发生大幅脉动,并形成强烈的噪声,使得进气道壁面受到气动载荷和声载荷双重作用,进而发生剧烈振动,极易发生结构疲劳甚至破坏。本文以某冲压发动机进气道为研究对象,研究了三维进气道的定常流动特性和背压扰动下的非定常流动特性、气流激励特性和声学激励特性;以涡流发生器为边界层分离的控制装置,研究了涡流发生器结构参数、布置方案对进气道定常流动的影响规律,分析了背压扰动下涡流发生器对进气道非定常流动、气流激励特性以及声学激励特性的影响,并进一步研究了声学激励作用下进气道结构的振动特性。 首先,基于SST k-ω湍流模型,对不同压比的三维进气道定常流动进行了仿真。分离区长度随压比的增大先增大后减小。针对分离区长度最长的压比,采用DES方法对背压脉动作用下的三维进气道非定常流动进行了仿真。背压脉动作用下进气道流场发生强烈的激波振荡,正激波扫过的壁面受到大幅气流激励载荷。提取进气道壁面时域压力和流场流速分别作为声学偶极子源和四极子源,采用直接边界元方法仿真计算了进气道内壁面的声场。四极子声源单独引起的声压远大于偶极子声源单独引起的声压,在声场的贡献中占主导。 其次,在进气道下壁面表面安装涡流发生器,分别改变高度、攻角和流向安装位置,进行了定常流动仿真。随着涡流发生器安装位置靠近上游或攻击增大亦或高度升高,进气道气动性能降低,出口流场稳定性提升。根据定常结果,对背压脉动作用下安装涡流发生器的三维进气道模型进行了非定常仿真。涡流发生器消除了进气道下壁面的流动分离和回流区,降低了进气道内壁面的气流激励幅值及其流向分布长度,大大改善了进气道内壁面的气流激励环境。仅考虑四极子声源,仿真分析了安装涡流发生器的进气道内壁面声场。涡流发生器有效抑制了进气道内壁面的声学激励,改善了进气道内壁面的声载荷环境。 最后,建立了有/无涡流发生器的进气道结构有限元模型,并进行了结构模态分析。涡流发生器对进气道结构固有频率和模态振型影响很小。在此基础上,分别仿真分析了声激励作用下有无涡流发生器的进气道结构振动响应。涡流发生器的适当安装可有效抑制声激励引起的进气道结构振动。