單膨脹斜面噴管型面設(shè)計(jì)及其流動(dòng)控制研究.pdf

1、高超聲速飛行器及其推進(jìn)系統(tǒng)是目前國(guó)際上航空航天大國(guó)競(jìng)相研究與開發(fā)的熱點(diǎn)，從飛行器/推進(jìn)系統(tǒng)一體化的角度考慮，大膨脹比單膨脹斜面噴管是最理想的排氣系統(tǒng)，它引起了國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的重視。本文基于特征線法和CFD技術(shù)，針對(duì)此類噴管開展了型面設(shè)計(jì)和流動(dòng)控制研究。 首先，采用特征線法及附面層修正技術(shù)完成了單膨脹斜面噴管擴(kuò)張段型面設(shè)計(jì)。采用維托辛斯基公式完成了噴管收縮段型面設(shè)計(jì)。采用超橢圓方程過(guò)渡技術(shù)完成了圓轉(zhuǎn)方形式的轉(zhuǎn)接段設(shè)計(jì)。在得到各部分

2、型面的基礎(chǔ)上，將各段進(jìn)行合理的連接，完成單膨脹斜面噴管型面設(shè)計(jì)。 其次，基于CFD技術(shù)數(shù)值模擬了設(shè)計(jì)狀態(tài)和沿飛行軌跡非設(shè)計(jì)狀態(tài)下單膨脹斜面噴管內(nèi)外流場(chǎng)，計(jì)算了噴管在各種飛行狀態(tài)下的性能參數(shù)，并對(duì)噴管的綜合性能變化規(guī)律進(jìn)行了分析。為提高非設(shè)計(jì)狀態(tài)下噴管的性能，研究了噴管幾何參數(shù)變化對(duì)噴管流場(chǎng)和性能的影響，確定了沿飛行軌跡的噴管幾何調(diào)節(jié)方案。 最后，研究了利用二次流噴射的流動(dòng)控制技術(shù)提高單膨脹斜面噴管過(guò)膨脹狀態(tài)下綜合性能。數(shù)

3、值模擬了二次流噴射條件下噴管的二維和三維流場(chǎng)，分析了在一定的落壓比范圍內(nèi)二次流噴射流量、噴射總壓、噴射角度、噴射位置、噴口形式以及外流馬赫數(shù)對(duì)噴管過(guò)膨脹狀態(tài)下流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明：(1)在噴管下斜板進(jìn)行二次流噴射可以改善噴管過(guò)膨脹狀態(tài)下的性能。(2)數(shù)值模擬所得的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)與文獻(xiàn)給出的典型擾流流場(chǎng)相似。(3)隨著落壓比的增加，二次流對(duì)噴管性能的影響減弱。(4)噴射流量和噴射角度是影響噴管性能的重要參數(shù)，并存在最優(yōu)的噴射流量值和噴