固冲发动机连管进气道弯头改进设计(2)
图3 弯头处温度分布
2.2.1 整流板数量的影响
图4 采用一块整流板时对称截面的速度分布（a）和弯头处的温度分布（b）
从图4和图5的速度分布云图看，气流分离情况改善的效果并不明显。加整流板后，整流板下流阻较大，高速气流大部分从弯板上方通过，而弯板下由于气流速度低，回流严重，预期的目的没有达到。
从温度分布图3上看，采用一块整流板时弯头处的高温区有所减小，而采用两块整流板时高温区反而有扩大趋势，这是因为两块整流板之间的气流回流情况没有得到遏制。
总体而言，加一块整流板的效果相对好一些，因此下面的研究主要针对一块整流板进行。主要改进方向是通过调整整流板位置来平衡整流板上下的流阻，使气流均匀通过整流板，抑制气流分离。
图5 采用两块整流板时对称截面的速度分布（a）和弯头处的温度分布（b）
2.2.2 整流板位置的影响
在弯头内增加一块整流弯板，同时把进气道弯头处抬高，以增大此处转弯半径，减小分离。研究了整流板位于中心位置和整流板向内侧弯头靠近对流场的影响。
从图6和图7中可以看出因气流分离情况无明显改善，弯头内侧的高温区域依然存在，故整流板位置的移动不能有效解决保护套高温烧蚀的问题，必须寻求其它的改进方向。
图6 整流板位于中心时弯头处的温度分布
图7 整流板向内侧弯头靠近时弯头处的温度分布
2.2.3 整流板形状的影响
为了改善进入弯头前气流的流动情况，在弯头前增加一段长度为600mm的等直段（在此暂不考虑该结构变化对进气道性能的影响），同时加高弯头入口的高度，使得弯头处气流通道无扩张。在弯头内设置一块整流板，整流板的形状分别为弯板和直板。
图8 整流板为弯板时弯头处的温度分布
由图8可以看出，采用一块弯板整流时弯头处温度过高的现象有了较大改善。只是由于高速气流仍从整流板上方流过，造成整流板下有一个角区产生回流，这应该是进气道出口气流不均匀和整流板位置不当所致。将整流板改为直板，并适当调整整流板位置后，基本上得到了较为满意的结果。由图9可以看出，高速气流从整流板下方通过，弯头处温度过高的现象得到了抑制，总体效果比较好。
图9 整流板为直板时对称截面的速度分布（a）和弯头处的温度分布（b）
3 试验验证
根据数值计算的结果，重新加工了新的进气道和弯头，图10为试验时所采用的进气道结构示意图。在固体火箭冲压发动机高空模拟连管试验系统上经过长达300s的冲压试验考核后，进气道弯头没有出现过热现象，保护套完好无损，这说明所采用的改进措施达到了预期目的。图11为改进前后进气道保护套烧蚀情况对比，可以看出改进后保护套没有被烧蚀的痕迹。
图10 改进后进气道及弯头结构示意图
图11 改进前（a）后（b）保护套试验照片
4 结论
本文针对某试验型固体火箭冲压发动机连管试验过程中出现的保护套烧蚀问题，分析了故障原因并制订了改进措施，通过数值分析和试验验证，可以得到以下结论：进气道弯头处存在突扩，是弯头处气流分离很重要的原因，因此应尽量避免；进气道转折角过大、转弯处内角转弯半径过小，是造成气流分离的另一重要原因，因此要减小当量转折角；进气道整流板数量不宜多，以抑制分离为目的，过多将造成流阻过大，目标参数过多不易优化选择；进气道整流板在弯头内的位置改变不能明显改善气流分离情况；在本文研究的进气道结构形式下，采用设置在适当位置的直板进行整流解决了保护套的烧蚀问题。
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