收擴噴管擴張段氣膜冷卻特性研究.pdf

1、隨著航空技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對航空發(fā)動機效率和推重比的提升有了更高的要求。提高航空發(fā)動機性能的一個途徑就是提高渦輪前燃?xì)膺M口溫度，這就造成發(fā)動機尾排氣噴管熱負(fù)荷大幅增加，發(fā)動機排氣噴管紅外輻射由此增強，尤其是在發(fā)動機加力狀態(tài)下。對排氣噴管最有效的紅外抑制方式之一就是降低其表面溫度，特別是對噴管擴張段壁面的強化冷卻。本文針對收擴噴管擴張段壁面，開展了超聲速主流條件下的氣膜冷卻特性數(shù)值研究工作。
　　首先，本文采用Fluent軟件對不

2、同氣動參數(shù)下的二維平行縫槽超聲速流動和氣膜冷卻特性進行數(shù)值模擬，得出了以下主要結(jié)論：不管主流是亞聲速流還是超聲速流，冷卻流為超聲速時的氣膜冷卻效果要好于冷卻流為亞聲速流時的冷卻效果；主流為亞聲速，冷卻流為超聲速流動的時候，因為次流入射動量大、與主流摻混時間相對短，能夠在氣膜狹縫下游較長距離形成氣膜，冷卻效率最高可比冷卻流為亞聲速時高45％。
　　其次，對收擴噴管擴張段開展了氣膜冷卻特性數(shù)值模擬，得出了以下主要結(jié)論：次流流量較小時，

3、隨著氣膜孔傾角的增加，氣膜冷卻效率會稍有降低；次流流量較大時，隨著氣膜孔傾角的增加，氣膜冷卻效率下降幅度較大，并且每個氣膜孔下游的冷卻效率曲線出現(xiàn)先下降后上升再下降的變化趨勢，這是因為氣膜出流會出現(xiàn)先脫離邊界層然后再附的趨勢；氣膜孔角度和冷卻氣流流量的增加導(dǎo)致氣膜冷卻效率降低，這是因為氣膜射流法向動量增加使得氣膜對主流的穿透能力增強，氣膜孔下游形成的對轉(zhuǎn)渦對強度和作用范圍增強，對轉(zhuǎn)渦對卷吸主流進入氣膜層；對于主流溫度為1160K的收擴噴

4、管，利用氣膜冷卻方式可將擴張段壁面的平均溫度降低到808K，而次流的流量僅占主流流量的0.2%。
　　最后，對收擴噴管擴張段開展了沖擊+氣膜的冷卻特性數(shù)值模擬，得出了以下主要結(jié)論：超聲速噴管在氣膜射流作用下，附面層的抬升使得噴管擴張段上游和下游都產(chǎn)生了斜激波，對氣膜冷卻有影響；次流進口壓力增加，氣膜孔出流流量有顯著的提升；氣膜孔和沖擊孔的間距減小，次流質(zhì)量流量減少；在本文最小排列間距和最大引氣壓力的條件下，次流引氣量為5.087